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
Окончание табл.5
1 2
Растительность
Водоемы, моря, крупные
озера, водохранилища
В зависимости от вида зеленых насаждений снижается
проникновение солнечной реакции (на 0,5-20% прямой и 222% суммарной); возможно снижение температуры воздуха
до 10оС; ветрозащитная эффективность лесных полос
зависит от их конструкции: ветрозащитное действие полос
продуваемой конструкции 50-60 Н, плотной 35-40%,
оптимальная степень ажурности 30-40%
Весной и в начале лета водоем охлаждает прилегающую
территорию, в конце лета и осенью утепляет; ночью вблизи
водоемов температура воздуха на 2…3С выше, чем в
нескольких километрах от берега; днем водоем понижает
температуру воздуха на 2…4С; влияние водоемов
проявляется также в увлажнении воздуха и уменьшении
запыленности; в суточном ходе наблюдается уменьшение
скорости ветра днем и усиление ночью; среднее значение
коэффициента скорости ветра в теплый период 1,2-1,4; в
районах со слабыми ветрами (до 2 м/с) появляются и
усиливаются бризы; по характеру влияния водоемов
выделяются зоны постоянного и сильного (1–3 км), слабого
и несистематического (3–5 км) влияния
Второй и третий уровни анализа микроклимата конкретного участка
являются более детальными. Их, как правило, проводят на топографической подоснове с подбором для каждого участка рельефа коэффициентов солнечной радиации и ветра на основе специальных таблиц.
Микроклимат в районе застройки можно оценивать с учетом закономерностей, выявленных в процессе натурных наблюдений.
Для практических целей достаточно использовать сведения, приведенные в табл. 6.
Более точные сведения о формировании микроклимата в районе застройки
получают при проведении специальных расчетов отклонений значений
климатических характеристик от характеристик по данным опорной метеостанции.
Таблица 6
Основные закономерности формирования микроклимата
в районе застройки
Элементы климата Изменение климатических характеристик в сравнении с
городской зоной
Солнечная радиация
Температура воздуха
Скорость ветра
Снижение до 20% в зависимости от степени загрязнения воздуха,
времени года и суток.
Повышение на 1…4С в зависимости от плотности застройки: в
застройке плотностью до 20% – на 1 …2С, плотностью более
20% – на 3…4 С (без учета влияния озеленения на снижение
температуры).
Снижение на 20–70% в зависимости от плотности застройки: в
застройке плотностью до 20% и от 20 до 30% – на 20–25%,
плотностью более 30% – более чем на 50%.
31
Следует отметить, что количественная оценка ветра в районе застройки
трудно поддается теоретическому расчету. В некоторых случаях для
получения относительно точных количественных показателей о влиянии
ветра на систему сооружений и застройки используют экспериментальный
метод продувания в аэродинамической трубе макетов застройки.
Рассмотренный материал далеко не исчерпывает всех возможных
методов анализа микроклимата. Использование
предлагаемых методов
позволяет получить минимум сведений для постановки и обоснования
задач на стадии архитектурно-строительного проектирования. В пояснительной записке проекта, особенно для жилых районов и микрорайонов на
стадии детальной планировки, должны найти отражение такие сведения:
комплекс погодных условий за 12 месяцев за дневное и ночное время, роза
ветров по повторяемости и
скорости за январь и июль, комплексная оценка
сторон горизонта с учетом солнечной радиации и ветра. В случае
необходимости в пояснительной записке указывают и другие сведения о
климате и погоде, возможные экстремальные условия. Климатический
анализ в пояснительной записке нужно рассматривать как метод
обоснования, в том числе и экономического, принимаемых архитектурных
инженерных решений, особенно с точки зрения энергосбережения.
и
1.4.2. Микроклимат внутренней среды зданий
и территорий застройки
Санитарно-гигиенические предпосылки теплообмена (человек-среда)
Человек более 80% своей жизни проводит в помещении: дома, на
работе, в общественных зданиях и в транспорте. Его здоровье, самочувствие, работоспособность во много определяются уровнем комфорта
помещений.
Между телом человека и окружающей средой постоянно происходит
теплообмен (рис. 8).
В организме человека вырабатывается значительное количество тепла.
Величину производимой человеческим организмом энергии физиологи
определяют по количеству потребляемого кислорода. В состоянии покоя
взрослый человек расходует в среднем 15 л/ч (0,4210
-5
м3/с) кислорода.
Если принять количество теплоты, освобождаемое при сгорании
кислорода, равным примерно 2110
3
Дж/м3, тогда количество получаемой
человеком энергии составит 88 Вт. Во время физической деятельности
человек потребляет кислорода во много раз больше, чем в состоянии покоя
(в 12 раз и более).
Чтобы уравновесить теплопродукцию и теплоотдачу организм
человека должен иметь соответствующий механизм терморегуляции. Не
затрагивая физиологические процессы регуляции, рассмотрим лишь
физические процессы, связанные с теплоотдачей
тела человека.
32
Рис. 8. Схема теплообмена тела человека с окружающей средой
(по Колумару и Лизе)
Основными составляющими теплоотдачи человеческого тела являются:
конвекция, излучение (радиация), теплопроводность и испарение. Конвективная теплоотдача составляет примерно 32-35% всей теплоотдачи; количество тепла, отдаваемое путем излучения, – 42-44%; на долю испарения
приходится около 10-15%. Тепло, отдаваемое путем теплопроводности,
очень незначительно и, как правило, не учитывается. Некоторая часть
теплоотдачи происходит при выдыхании воздуха (нагревание и испарение
воздуха) и за счет кондукции при контакте тел с поверхностями, например
пола, стола и др.).
Интенсивность радиации, как основной составляющей теплоотдачи с
поверхности кожи человека, главным образом связана с температурой
окружающих поверхностей, и особенно, с температурой поверхностей
наружных стен.
Конвективная теплоотдача от тела воздуху происходит в результате
перемещения воздуха в
пространстве и зависит от температуры и скорости
33
движения воздуха. Теплоотдача путем испарения связана с параметрами
воздушной среды: влажностью, температурой и скоростью движения
воздуха.
Организм человека испаряет примерно 800-1000 мл влаги в сутки
(на 1 г воды затрачивается 2400 Дж тепла). При температурах воздуха
выше температуры кожи человека количество испаряемой влаги возрастает. Потоотделение начинается при температуре окружающего воздуха
28…29С
и при температуре выше 34 является единственным способом
теплоотдачи организма.
Исследованиями установлено [16], что средняя температура кожи
человека существенно зависит от влажности воздуха, оцениваемой показателями относительной влажности или упругости водяного пара. Так, по
данным Сейферта изменение упругости водяного пара с 2700 до 5400 Па
при температуре воздуха 30....35С и скорости движения воздуха
0,35 м/с
повышает температуру кожи человека с 34 до 36,5С. При этом установ-
лено, что повышение скорости движения воздуха с 0,35 до 1,3 м/с способствует снижению средней температуры кожи на 1,5С.
Для расчетов различных способов теплоотдачи целесообразно использовать общее уравнение теплового баланса человека:
Q=М–(WQ
исQрQк
), (2)
где Q – избыток или недостаток тепла в организме человека;
М – тепло, выделяемое организмом человека по количеству потребля-
емого кислорода (зависит от физической деятельности человека);
W – тепловой эквивалент механической работы;
– теплоотдача путем испарения;
Q
ис
– радиационная теплоотдача;
Q
р
– конвективная теплоотдача.
Q
к
Из выражения (2) следует, что если численное значение правой части
положительно, то температура тела повышается, т. е человеку становится
жарко, а если это значение отрицательно, то температура тела уменьшается
и человеку становится холодно. При тепловом балансе (Q=0) теплоощу-
щение человека благоприятное. В зависимости от восприятия и адаптации
человека к
климату местности, времени года, возраста, вида одежды и
состояния здоровья терморегуляция (человек – воздушная среда) изменяется в определенных пределах. Все это необходимо учитывать при
разработке архитектурно-конструктивных решений зданий и помещений,
особенно при выборе конструкций наружных стен, оконных и балконных
заполнений, полов, входных узлов, покрытий, а также систем инженерного
оборудования.
34
Микроклимат внутренней среды зданий
Основными показателями, влияющими на условия пребывания человека в помещении являются: усредненная температура воздуха в помещении; усредненная температура всех поверхностей, ограничивающих
помещение; влажность и скорость движения воздуха. Определенное
значение на условия среды для человека оказывают и другие гигиенические параметры воздуха в помещении или в
его отдельных зонах
(чистота, инсоляция и др.).
В процессе проектирования обычно пользуются обобщенными данными (в основном о температурно-влажностном режиме помещений). Скорость движения воздуха в помещении, которая в холодный период по
гигиеническим соображениям ограничивается, учитывают главным образом в летний период года, при возможном перегреве помещений.
В качестве
исходных данных для характеристики вероятного температурно-влажностного состояния проектируемых помещений обычно принимают количество тепла и влаги, поступающих в них во время эксплуатации.
Преобладающее большинство гражданских зданий относится к категории с незначительными выделениями тепла и влажности. Производственные помещения некоторых отраслей промышленности, наоборот,
характеризуются значительными технологическими выделениями тепла
влаги и загрязненностью воздуха. Кроме того, в производственных и ряде
общественных зданий деятельность людей может носить различный физический характер (легкий, средний и тяжелый) и это в какой-то степени сказывается на температурно-влажностном режиме эксплуатации помещений.
В строительной теплотехнике принята определенная градация характеристик тепло- и влаговыделений в
тепловыделений различают помещения с незначительными (до 23 Вт/м
значительными избытками тепла (более 23 Вт/м
помещениях. Так, по величине
3
3
). По величине влаговы-
) и
делений влажностный режим помещений считают: сухим при значениях
,
относительной влажности при
влажным – при
=6175% и мокрым – при
в
50%, нормальным – при
в
>75%.
в
=50-60%,
в
Конвективное распространение тепла и перенос влаги в помещении
связаны с неравномерным распределением давлений в его отдельных зонах
и с естественными токами воздуха. Большое влияние на распределение
температуры и влажности оказывают расположение источников выделений
тепла в плане и объеме помещения или в системе комплекса смежных
неизолированных помещений.
Поскольку преобладающая часть потерь
тепла человеческим организмом происходит путем излучения, важнейшее гигиеническое значение
приобретает усредненная температура поверхностей, ограничивающих
помещение (радиационная температура).
35
Усредненное значение температуры поверхностей, ограничивающих
помещение, находят из выражения
где
tF t F
п 1 п22
1
FF
12
t
п.cp
t
и F – температура и площадь отдельных видов ограждений (стен,
п
, (3)
пола, потолка и др.).
Зависимость условий пребывания человека в отапливаемом помещении
от усредненной радиационной температуры ограждений показана на рис.9.
Область допустимых отклонений (зона 2) связана с различным характером
работы человека, особенностями местного климата и индивидуальными
особенностями организма людей.
21
0
0
tC,
tC,
20
1
19
18
2
17
3
16
15
14
4
0
15
16
17
18
19
20
21
0
tC
,
tC
,
ncp
.
ncp
.
Рис. 9. Область температур, обеспечивающая комфортное тепловое состояние
человека в отапливаемом помещении
(по данным Н.А. Пономаревой):
1 –зона комфорта; 2 – зона допустимых отклонений;
3 – зона возможного перегрева; 4 – зона возможного охлаждения
В целях обеспечения здоровых санитарно-гигиенических условий в
холодный период действующие нормы [8] строго регламентируют значение разности между расчетной температурой воздуха в помещении и
температурой внутренней поверхности ограждений.
Так, для наружных стен жилых, лечебно-профилактических, детских и
школьных учреждений эта разность не должна превышать 4
покрытий и чердачных перекрытий – не более 3
С. В производственных
зданиях нормируемый температурный перепад допускается до 7....12
С, а для
С, а в
помещениях зданий всех видов с влажным или мокрым режимом – в
пределах значения (
t
), где tв – расчетная температура внутреннего
в–Р
36
воздуха в помещении,
температуры точки росы при расчетных
Р –
значениях температуры и относительной влажности внутреннего воздуха
(прил.13).
Расчетные значения температуры и влажности воздуха в помещении
принимают согласно ГОСТ и норм проектирования соответствующих
зданий и сооружений [33, 34]. Эти нормативы допускают отклонения от
оптимальных значений в зависимости от особенностей тепло- и влагопоступлений во время эксплуатации, климата
местности и др.
Так, для жилых помещений, по данным ЦНИИЭП жилища, в качестве
расчетных значений температуры, относительной влажности и других
основных параметров рекомендованы значения, приведенные в табл.7.
Таблица 7
Рекомендуемые основные параметры
микроклимата жилых помещений
Климатические районы Параметры микроклимата
I II III IV
Зимний период
Температура воздуха, С
Относительная влажность воздуха, % 30-45 30-45 35-50 35-50
Скорость движения воздуха, м/с 0,08-0,1 0,08-01 0,08-01 0,08-01
Средняя температура внутренних поверх-
ностей в помещении, С, не ниже
Летний период
Температура воздуха, С
Относительная влажность воздуха, % 35-50 35-50 30-60 30-60
Скорость движения воздуха, м/с 0,08-01 0,08-01 0,1-0,15 0,1-0,15
Средняя температура внутренних поверх-
ностей в помещении, С, не ниже
21-22 18-20 18-19 17-18
21
23-24 23-24 25-26 25-26
26
18
27
18
28
17
30
Для общественных и производственных помещений расчетные значения температуры и влажности внутреннего воздуха принимают в зависимости от особенностей функциональных и производственно-технологических процессов. Так, для ряда производственных помещений, характе-
3
ризуемых избытками тепла (более 23 Вт/м
) расчетные значения темпера-
туры внутреннего воздуха могут составлять до 33
С (литейные, трубо-
прокатные и т.п. производства). В таких производственных помещениях, а
также в помещениях с повышенной относительной влажностью (70% и
более) приток наружного воздуха в холодный период года ограничивают
или совершенно исключают, чтобы предупредить образование тумана или
конденсации влаги на поверхностях ограждений.
Воздухообмен помещений может быть осуществлен естественным или
искусственным
способом. Количественную сторону воздухообмена поме-
щений принято оценивать его кратностью. Под кратностью воздухообмена
37
понимается отношение объема воздуха, поступающего в помещение в
течение часа, к объему помещения. Нормируемые значения кратности
воздухообмена принимают из соответствующих нормативных документов.
Организованный и управляемый воздухообмен, или аэрация, обычно
используется в производственных зданиях со значительными избытками
тепла и в том случае, когда концентрация пыли и вредных газов в
приточном воздухе
зонах. Эффективность аэрации зависит от многих факторов: вида здания
(одноэтажные, многоэтажные, однопролетные и т.п.), температурного
расслоения воздуха по высоте помещений, площади и способов размещения приточных и вытяжных проемов, времени года, отсутствия или
наличия ветра и его направления и др. В теплое время
быть применена почти на всех производствах за исключением производств, требующих предварительной обработки воздуха и поддержания
стабильных условий температуры и влажности при автоматическом
регулировании (кондиционирование воздуха).
В жилых помещениях, как правило, воздухообмен осуществляется
путем проветривания, организации естественной вентиляции и фильтрации. В зимний период фильтрация, т.е. воздухообмен
тельных материалов, щели и неплотности конструкции, весьма незначи-
тельна и обеспечивает только 0,5....0,75 однократного обмена, тогда как по
требованиям отечественных и зарубежных стандартов воздухообмен
должен составлять не менее одного обновления в час.
Искусственный способ воздухообмена или механическую вентиляцию
применяют, главным образом, для помещений, в которых не допускается
значительных
Оптимальные параметры микроклимата помещений обеспечивают
комплексными мерами, среди которых наиболее важными являются:
обеспечение теплоизолирующих свойств ограждающих конструкций в
зимний период; предотвращение возможного перегрева в летний период;
использование эффективных систем отопления и вентиляции и др. Эти
задачи решают с учетом особенностей климата местности, рельефа и
других местных
изменений температуры и влажности воздуха.
не превышает 30% предельно допустимой в рабочих
года аэрация может
через поры строи-
условий строительства.
Микроклимат территорий застройки
Внимание к климатическим условиям и их учет в градостроительстве
начинается с выбора места для населенного пункта, с наиболее целесообразного размещения жилых и промышленных зон, общественных центров, определения ширины и ориентации основных улиц и др. При решении
этих вопросов используют общие показатели климата (солнечная радиация, температурно-ветровой режим и
ности.
т.п.), характерные для данной мест-
38
При детальной разработке архитектурно-планировочных решений
отдельных районов, микрорайонов и других частей населенного пункта
учитывают конкретное влияние местных условий застройки на общие
характеристики климата.
Основной градостроительной задачей, ориентированной на учет
местных условий застройки, является обеспечение оптимальных условий
для проживания, труда и отдыха человека, способствующих сохранению
его здоровья и продлению жизни.
С этой целью разрабатывают специальные мероприятия, которые, с одной стороны, должны максимально
использовать положительные стороны климата и участка застройки
(тепловая и ультрафиолетовая радиация, рельеф и др.), а с другой – защитить человека от их вредного влияния.
Температура воздуха, как основной показатель тепловой среды в за-
стройке населенного места, зависит
от шероховатости и альбедо подстилающей поверхности, количества тепла, отдаваемого промышленными предприятиями и жилыми домами, а также от степени загрязнения атмосферы
промышленными выбросами, транспортом и отопительными системами.
В результате загрязнения атмосферы во многих случаях наблюдается
уменьшение (до 20%) солнечной радиации в пределах городской застройки
по сравнению с открытой местностью. Зимой это
ослабление еще больше и
особенно в городах, расположенных в северных широтах. Примеси,
находящиеся в воздухе над городской застройкой, больше всего задерживают ультрафиолетовую радиацию, вследствие чего создаются условия,
неблагоприятные для здоровья человека.
В летние дни в городской застройке сильнее чувствуется жара, так как
к прямой солнечной радиации добавляется радиация, отраженная
от
окружающих строений, асфальтных покрытий и др.
В черте города, по сравнению с окружающим город пространством,
меньше источников испарения влаги. Вследствие этого влажность воздуха
в городах на 10-15% ниже, чем в сельской местности и особенно в вечерние часы летнего периода. Поэтому в районах с сухим жарким климатом в
застройке широко используют
средства обводнения, фонтаны и т.п.
Особенности городской застройки оказывают существенное влияние на
характер воздействия ветра. Увеличение или уменьшение скорости ветра
на территории застройки может быть обеспечено с помощью градостроительных приемов.
В градостроительстве сложились определенные системы застройки
территорий: структурная, ленточная, строчная, дворовая, свободная и др.
Каждая из этих систем
имеет положительные и отрицательные стороны и
выбирается в зависимости от комплекса обстоятельств.
В действующих нормативных документах [22, 27] имеются рекомендации по выбору планировочных схем застройки с учетом ветрового
39
режима. Согласно этим рекомендациям, количественную характеристику
ветрового режима застройки выражают безразмерным коэффициентом
продуваемости
ровочные схемы застройки объединены в две группы (рис.10).
К первой группе относят планировочные схемы застройки, рекомендуемые для районов с равномерной повторяемостью направлений ветра
(рис. 10,а), ко второй – с преобладающим направлением ветра (рис. 10,б).
В условиях равномерной повторяемости направлений ветра наименьший коэффициент продуваемости
Б) и структурная (подтип Б) схемы застройки. В условиях преобладающего
направления ветра наименьшее значение коэффициента продуваемости
обеспечивается при строчной застройке (подтипы А и Г).
При необходимости обеспечения интенсивного проветривания территории застройки более целесообразно использовать для первой группы
планировочные схемы со взаимно перпендикулярным расположением
(подтип
зданий вдоль преобладающего направления ветра, и в отдельных случаях
применять дворовый тип застройки.
шенной влажностью, вместе с тем она нежелательна и даже недопустима
для районов с низкими температурами и большим снегопереносом.
ветра на территории застройки, расположив определенным образом улицы,
используя систему чередования высотных и низких зданий, элементы
благоустройства, рельефа и др. При решении этих вопросов учитывают
аэродинамические закономерности обтекания зданий и территорий
воздушными потоками.
пипед (жилые дома линейного и
тельно реже – куб, сферические формы и др. Геометрическую форму здания определяют размеры и форма поперечного сечения со всеми выступающими элементами (козырьки, карнизы и т.п.) и длина здания. Кинематика воздушного потока показывает плохую обтекаемость зданий в форме удлиненного параллелепипеда. При фронтальном
ний с наветренной и с подветренной сторон образуются зоны ветрового затишья (рис.10). В связи с этим различного рода нежелательные выделения
из здания, атмосферные осадки (снег) и пыль долгое время могут оставаться вблизи области завихрения и обратно попадать в здание через приточные отверстия.
А), а для второй группы – строчную застройку с расположением
Хорошо проветриваемая застройка целесообразна для районов с повы-
В случае
Прототипом многочисленных видов зданий может служить параллеле-
К. В зависимости от коэффициента продуваемости плани-
обеспечивают ленточная (подтипы А и
необходимости можно изменить скорость и направление
башенного типа, промздания) и значи-
обтекании таких зда-
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]