Лекция 15. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование зданий должно обеспечивать комфортное состояние искусственной среды жизнедеятельности. Правильное решение рассмотренных выше задач архитектурного проектирования еще не в полной мере обеспечивает комфорт внутренней среды. В здании необходимо обеспечить такие физические параметры внутренней среды, которые создают физиологическое ощущение комфорта. Это обеспечение температурно-влажностного режима, оптимальных параметров воздушной среды, создание светового и акустического комфорта, инсоляции, солнцезащиты и звукоизоляции помещений. Это такие факторы, которые непосредственно ощущаются человеком. Существуют и такие физические факторы, которые ощущаются человеком только в процессе длительного пребывания в помещении. Эти факторы, как правило, малоисследованы. К ним относятся проникновение электромагнитного излучения через конструкции, остаточная минимальная радиоактивность строительных материалов, геопатогенные зоны на территории и в помещениях, проникновение радона из грунта в помещения. Из этих факторов только последний учитывается нормами СНиП.

Значимость физических факторов различна. Но достаточно несоблюдения хотя бы одного из них (например, звукоизоляции), чтобы комфортное состояние среды превратилось в дискомфортное. Поэтому комфорт внутренней среды определяется как совокупность оптимальных уровней всех се характеристик, не вызывающих чрезмерного напряжения регуляторных механизмов организма человека.

Основы строительной климатологии. Учет климата при строительстве

Слово "климат" греческое. В переводе оно обозначает "наклон", так как в Древней Греции считали, что основной показатель климата – температура воздуха – зависит от наклона солнечных лучей к земной поверхности (рис. 15.1). Предполагалось, что чем меньше угол Z0, тем больше температура поверхности Земли и воздуха. Поэтому климат делился по широтным полосам Земли на холодный, умеренный и жаркий.

Рис. 15.1. Схема падения солнечных лучей на поверхность Земли:

Z0 – зенитное расстояние Солнца, град; Н0 – угловая высота Солнца, град

Однако в пределах одной и той же широты могут быть разные климаты. Например, на одной широте находятся Лондон, Копенгаген, Москва, Екатеринбург, Новосибирск, Нижнеангарск, Бодайбо, Аян (на берегу Охотского моря). Различие климата Лондона и Бодайбо разительно, хотя приход солнечной радиации на границу атмосферы в этих местах один и тот же. На экваторе на побережье Индийского океана климат тропический влажный. В глубине Африки на той же нулевой широте в горах Ливингстона в мае на крышах выпадает иней. Климат сухой, средний между субтропиками и умеренным климатом.

Первая книга о климате ("Метеорология", II в. до н.э.) была написана древнегреческим ученым Аристотелем. Первые научные исследования о климате и метеорологии в России проводил М. В. Ломоносов. Он объяснил влияние морских течений на климат (теплого течения Гольфстрим на Западе в Атлантическом океане и холодного течения Кюросао на Востоке), причину суровости климата Сибири зимой, зональности климата по высоте в горных районах.

Методы строительной климатологии включают метеорологические наблюдения на метеостанциях, актинометрических станциях, фиксирующих данные о солнечной радиации, и геофизических станциях, где кроме меторологических и актинометрических наблюдений ведутся сейсмологические записи колебаний земной коры. Кроме того, используются расчетные методы, учитывающие локальные наблюдения и распространяющие их на требуемые параметры. Например, наблюдения солнечной радиации с помощью световых эквивалентов можно пересчитать в данные об освещенности.

Климатические факторы, влияющие на проектирование и строительство зданий, следующие:

1) температура наружного воздуха;

2) влажность наружного воздуха;

3) ветер, его направление и скорость;

4) солнечная радиация;

5) дневной и годовой ход естественной освещенности и яркости неба;

6) облачность и вероятность пасмурного, ясного и полуясного неба;

7) статистика дождевых и снеговых осадков, снеговые нагрузки, вероятность и объем снегопереноса;

8) глубина промерзания грунтов.

Эти сведения собраны в СНиП 23-01-99 "Строительная климатология", а также в различных климатических справочниках.

Температура и влажность воздуха – параметры, в наибольшей степени характеризующие климат местности. Для основных городов России эти параметры представлены в СНиП "Строительная климатология". Для характеристики погоды наибольшее значение имеет средняя температура в течение рабочего дня:

где – средняя амплитуда колебаний температуры в течение суток для данного месяца (рис. 15.2). К сожалению, в СНиП "Строительная климатология" эта величина не приводится. Поэтому при климатическом анализе надо пользоваться хорошим климатическим справочником СНиП П-А.6-72.

В отношении воздействия на человека характерны следующие виды погоды:

• холодная ; требуется отопление;

• прохладная ; при этой температуре, как правило, держат закрытыми окна и не пользуются длительно балконами и открытыми лоджиями;

• теплая ; позволяет длительно использовать открытые помещения;

• жаркая ; вызывает необходимость ограничения перегрева помещений и использование искусственного охлаждения воздуха.

Рис. 15.2. Определение средней дневной температуры воздуха

Кроме того, для многих районов целесообразно выделение очень холодной (< –12°С) и очень жаркой (выше +32°С) погоды, неблагоприятно воздействующей на человека.

Пример климатического анализа г. Сочи приведен в табл. 15.1.

Таблица 15.1

Пример климатического анализа г. Сочи (Краснодарский край)

Месяц				Тип погоды	Примечание
Январь	4,9	16,9	16,7	Теплая (Т)	Позволяет использовать открытые помещения
Февраль	53	20,6	19,7	То же	То же
Март	7,6	18,6	20,6	–	–
Апрель	11,1	19,7	24,9	–	–
Май	15,7	16,7	27,4	–	–
Июнь	19,7	15,3	30,4	Жаркая (Ж)	Требуются солнцезащита и охлаждение
Июль	22,5	14,6	32,7	Очень жаркая (ОЖ)	То же
Август	22,8	13,2	32,0	Жаркая (Ж)	–
Сентябрь	19,1	13,6	28,6	–	–
Октябрь	14,8	16,3	26,2	Теплая (Т)	Позволяет использовать открытые помещения
Ноябрь	10,4	17,9	22,9	То же	То же
Декабрь	7,2	14,4	17,3	–	–

Как следует из табл. 15.1, в г. Сочи в домах не требуется отопление. В холодные дни, которые случаются как отклонение от средних условий, в квартирах достаточно иметь электрообогреватели, камины и т.п. Зато искусственное охлаждение и солнцезащита требуются в течение четырех месяцев в году.

В табл. 15.2 приведен пример климатического анализа г. Якутска.

Таблица 15.2

Пример климатического анализа г. Якутска (Республика Саха–Якутия)

Месяц				Тип погоды	Примечание
Январь	-43,2	21,1	-28,4	Очень холодная (ОХ)	Требуются специальные мероприятия и отопление
Февраль	-35,9	273	-16,8	То же	То же
Март	-22,2	29,5	-1,5	Холодная (X)	Требуется отопление
Апрель	-7,4	30,1	13,7	Прохладная (П)	То же
Май	5,7	24,7	23,0	Теплая (Т)	Позволяет использовать открытые помещения
Июнь	15,4	25,5	33,2	Очень жаркая (ОЖ)	Требуются солнцезащита и охлаждение
Июль	18,7	26,4	37,2	То же	То же
Август	14,8	26,5	33,3	–	–
Сентябрь	6,2	25,4	24,0	Теплая (Т)	Позволяет использовать открытые помещения
Октябрь	-7,9	24,0	8,9	Прохладная (П)	Требуется отопление
Ноябрь	-28,0	27,0	-9,1	Холодная (X)	То же
Декабрь	-39,8	26,4	-213	Очень холодная (ОХ)	Требуются специальные мероприятия и отопление

Как следует из табл. 15.2, климат в г. Якутске резко континентальный. В течение семи месяцев в году требуется отопление. Причем в течение трех месяцев в году погода очень холодная, неблагоприятно действующая на человека. В течение трех месяцев погода очень жаркая, требующая ограничения перегрева и искусственного охлаждения. Все это необходимо учитывать при проектировании, применять двойные тамбуры, закрытые переходы между домами.

Климатический анализ ведется "от общего к частному", т.е. от оценки фоновых закономерностей, характерных для больших территорий, к оценке микроклимата конкретных участков строительства, с учетом рельефа, растительности, водных пространств, характера застройки, которые могут сильно влиять на фоновые характеристики, принимающиеся по климатическим справочникам.

Климат в центральной части России – континентальный. Он характеризуется сравнительно жарким и умеренно сухим летом и достаточно продолжительной и сухой зимой. Климат Сибири – резко континентальный с суровой и продолжительной зимой при небольшой влажности воздуха. Лето – менее продолжительное, но жаркое и достаточно влажное. В Забайкалье продолжительность солнечного сияния – наибольшая в России. Климат – резко континентальный и сухой. Климат предгорий Северного Кавказа – жаркий и сухой летом и с мягкой непродолжительной зимой. Жаркого влажного климата на территории современной России практически нет. На территории бывшего СССР такой климат (влажные субтропики) имеет место только в районе г. Батуми (Грузия) и на Ленкоранском полуострове в Каспийском море (Азербайджан).

Климатический анализ позволяет определить тип здания, который должен быть запроектирован в данной местности с учетом климата.