Практическая работа №1 «Составление климатического паспорта населенного пункта»
Цель работы: ознакомление с общими принципами архитектурной климатологии.
Пример расчета. Составление климатического паспорта г. Уфа
Задание: составить климатический паспорт г. Уфа.
1. Общая оценка климата местности.
Градостроительные и архитектурно-технические требования к зданиям, зависящие от климата местности, в нашей стране регламентируются СП 131.13330.2012.
Территория России разделена на 4 строительно-климатических района и 16 подрайонов (для определения климатического района и подрайона населенного пункта смотреть схематическую карту климатического районирования территории для строительства СП 131.13330.2012, приложение А). Климатическое районирование территории России произведено на основе комплексного сочетания среднемесячной температуры воздуха в январе и июле, средней скорости ветра за три зимних месяца, среднемесячной относительной влажности воздуха в июле (смотрите характеристику климатических районов и подрайонов согласно СП 131.13330.2012, приложение Б, таблица Б.1).
При наличии климатических показателей температурно-строительно-климатическую зону рациональнее устанавливать на основании СП 131.13330.2012 приложение Б таблица Б.1, поскольку карта климатического районирования составлена на основании макроклиматических показателей, которые в некоторых случаях отличаются от микроклиматических показателей, что объясняется значительным влиянием рельефа местности, характером растительности, наличием больших по площади акваторий и других географических факторов.
В каждом климатическом районе и подрайоне к зданиям предъявляют определенные требования для обеспечения в помещениях температурно- влажностного режима (устройство входов в здание, лестничных клеток, солнцезащита окон, окраска и отделка наружных конструкций, система отопления, вентиляция и кондиционирование и т.д.), светового и ультрафиолетового режима (ориентация оконных проемов, вид остекления и др.).
Таблица 1.1 – Показатели строительно-климатической зоны г. Уфа
| Климатический район (СП 131.13330.2012, приложение А) | Климатический подрайон (СП131.13330.2012, приложение А) | Среднемесячная температура воздуха, °С (СП 131.13330.2012 таблица 5.1) | Влажность в июле в 15 часов, % (СП 131.13330.2012 таблица 4.1) | Скорость ветра зимой, м/с | ||
| январь | июль | |||||
| I | IВ | –13,8 | 19,4 | 5,5 | ||
2. Годовой ход температуры наружного воздуха.
Годовой ход температуры наружного воздуха в г. Уфа заносится в таблицу 1.2 (все значения принимаются по СП 131.13330.2012, таблицы 5.1 и 11.1).
Далее по этим данным строится график годового хода температур наружного воздуха (смотреть рисунок 1.1), по которым можно установить: осредненные значения продолжительности отопительного периода; период перегрева помещений из условий либо нарушения комфортных условий людей, либо нарушения технологического процесса (в промышленных зданиях); расчетные температуры для проектирования кондиционеров; необходимость активной защиты пешеходов от ветра и ряд других.
Продолжительность отопительного периода гражданских знаний определяется временем, когда среднедневная температура опускается ниже +12 °С или среднесуточная ниже +8 °С (смотреть рисунок 1.1). Период со среднедневной температурой выше +1 °C соответствует осредненной продолжительности эксплуатации неотапливаемых помещений и зданий (летние кафе и зрелищные здания, веранды, лоджии и т.д.).
При среднедневной температуре выше +26…+28 °С в зависимости от физической нагрузки наблюдается перегрев организма человека (в производственных помещениях верхний температурный предел в некоторых случаях устанавливается требованиями технологического процесса). В этот период необходимо либо производить кондиционирование воздуха в помещениях, либо административно-организационными мерами смещать рабочее время на другое время суток (года). Это не означает, что не должны быть приняты архитектурно-конструктивные меры
по защите среды от перегревов.
В данной работе принимаем, что проектируется гражданское здание и, соответственно, необходимо будет определить, в каких месяцах будет отопительный период, и указать на графике его продолжительность для вашего населенного пункта по варианту.
Таблица 1.2 – Годовой ход температуры наружного воздуха в г. Уфа
| Температура | Месяцы | |||||||||||
| I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | XI | ХII | |
| tcc | –13,8 | –12,7 | –5,4 | 5,2 | 13,2 | 17,6 | 19,4 | 17,0 | 11,2 | 3,8 | –4,0 | –11,0 |
| Acp | 6,8 | 8,4 | 9,1 | 11,3 | 11,8 | 10,8 | 11,4 | 10,1 | 6,7 | 6,7 | ||
| t7 | –17,2 | –16,7 | –9,6 | 0,65 | 7,55 | 11,7 | 11,3 | 6,15 | 0,45 | –7 | –14,4 | |
| t13 | –10,4 | –8,7 | –1,2 | 9,75 | 18,85 | 23,5 | 24,8 | 22,7 | 16,25 | 7,15 | –1 | –7,65 |
| tcд | –11,4 | –10,9 | –2,6 | 8,4 | 17,2 | 21,73 | 23,2 | 14,74 | 6,15 | –1,9 | –8,65 |
Условные обозначения:
tcc – среднемесячная температура наружного воздуха, °С (данные берутся из таблицы 5.1 в СП 131.13330.2012);
Аср – средняя амплитуда температуры по месяцам, °С (данные берутся из таблицы 11.1 в СП 131.13330.2012);
t13, t7 – температура в полдень и ночью, °С;
tcд – среднедневная температура воздуха, °С.
Суточные температуры, среднедневные температуры определяются по соответствующим формулам:
t13 = tcc + 0,5Acp; (1.1)
t7 = tcc – 0,5Аср; (1.2)
tсд= tcc + 0,35 Аср; (1.3)
где Аср – средняя амплитуда температур.
Рисунок 1.1 – График изменения температур наружного воздуха в г. Уфа
Объемно-планировочное решение, теплозащита зданий и их отопительная система определяется суровостью зимы в районе строительства, которую, в свою очередь, можно характеризовать числом градусо-дней за отопительный период (Z), то есть за период со среднемесячными температурами не выше +8 °С.
Осредненное число градусо-дней в месте строительства можно вычислить по формуле:
Z = 30·∑(8 – tсc), градусо-день, (1.4)
где 30 – осредненное число дней в зимние месяцы;
Среднемесячная температура (tcc) для формулы принимается только ниже +8 °С.
Для г. Уфа осредненное число градусо-дней за отопительный период будет составлять:
Z=30((8+13,8)+(8+12,7)+(8+5,4)+(8-5,2)+(8-3,8)+(8+4)+(8+11))=2817 градусо-дней.
Далее по таблице 1.3 определяем требования к жилым зданиям для населенного пункта в зависимости от величины градусо-дней (Z).
Таблица 1.3 – Требования к жилым зданиям в зависимости от величины градусо-дней отопительного периода
| Число градусо-дней | Основные требования к жилым зданиям |
| Здания без искусственного охлаждения шириной 4,5–8,0 м. Отопительные приборы (стационарные) не требуются. | |
| 480–949 | Здания без искусственного охлаждения должны быть узкими, шириной 6,0–7,5 м, лестницы могут быть открытого типа, остекление одинарное. Отопительные приборы могут быть переносными. Стены достаточно воздухопроницаемые. |
| Рациональны здания шириной 7,5–9,0 м со стенами, обладающими небольшими теплозащитными свойствами, но активно защищенные от солнечной радиации. Окна с одинарным остеклением. Возможны открытые лестницы. Отопительная система стационарная. | |
| 1900–3799 | Компактное архитектурно-планировочное решение зданий шириной 9,0–10,5 м. Стены со средними теплозащитными качествами. Окна с двойным остеклением. Лестницы закрытые, неотапливаемые. Отопление центральное, регулируемое (воздушное) |
| 3800–7499 | Компактное архитектурно-планировочное решение зданий шириной 10,5–12,0 м. Стены с высокими теплозащитными свойствами. Окна с двойным остеклением. Лестницы закрытые, отапливаемые, с входным тамбуром. Отопление центральное, регулируемое, водяное. |
| Очень компактное архитектурно-планировочное решение зданий шириной 12,0–15,0 м. Наружные ограждающие конструкции с очень высокими теплозащитными качествами. Окна с тройным остеклением. Лестницы закрытые, отапливаемые, с двойным тамбуром, при входе и теплой завесой. Отопление центральное, регулируемое, водяное. |
Вывод. Исходя из данного количества градусо-дней (1900–3799) для города Уфы, выбираем соответствующие основные требования, предъявляемые к жилым зданиям – это компактное архитектурно-планировочное решение зданий шириной 9,0–10,5 м. Стены со средними теплозащитными качествами. Окна с двойным остеклением. Лестницы закрытые неотапливаемые. Отопление центральное регулируемое (воздушное).
3. Температурно-влажностный режим наружного воздуха в не отапливаемый период.
Для оценки влажностного режима местности составляется таблица 1.4, в которую заносят среднемесячные величины относительной влажности (φ), влажности воздуха в 13 часов (φ13) и в 7 часов(φ7) за неотапливаемый период.
Таблица 1.4 – Относительная влажность воздуха в г. Уфа
| Показатели | Месяцы | ||||
| V | VI | VII | VIII | IX | |
| е, Па | |||||
| Е, Па | |||||
| φ,% | |||||
| |||||
|
е – упругость водяного пара в воздухе (СП 131.13330.2012, таблица 7.1); здесь 1 гПа (гексопаскаль) = 100 Па.
Е – максимальная упругость (см. приложение 4, в зависимости от среднемесячной температуры (tcc) в данном месяце);
φ – относительная влажность воздуха;
φ = 
100 %; (1.5)
φ7, φ13 – влажность воздуха в 7 и в 13 часов:
φ7 = φ+ Aφ /2; (1.6)
φ13 = φ – Aφ /2. (1.7)
Aφ – амплитуда влажности по месяцам.
Принимаем Aφ ср = 32 %.
По графику для определения температурно-влажностной характеристики воздуха в неотапливаемый период (рисунок 1.2) определяем оптимальные значения влажности (φ13опт, φ7опт) для каждого из неотапливаемых месяцев в зависимости от среднемесячной температуры (tcc) в данном месяце и используют эти значения для построения рабочего графика(рисунок 1.3) оценки температурно-влажностных условий для населенного пункта.
Далее также на рабочий график(рисунок 1.3) наносятся значения относительной влажности в 7 и в 13 часов (φ13, φ7) – посчитанные по формуле (1.6) и (1.7) значения из таблицы 1.4.
Согласно оценке специалистов по гигиене относительная влажность воздуха менее 30 % и более 70 % считается неблагоприятной для человека, но и значения в указанном интервале будут благоприятными или нет в зависимости от температуры окружающей среды.
Рисунок 1.2 – График для определения температурно-влажностной характеристики воздуха в неотапливаемый период
1 – зона комфортной влажности
Рисунок 1.3 – Рабочий график оценки температурно-влажностных условий в г. Уфа
По полученным данным (таблица 1.4) и рабочему графику (рисунок 1.3) можно сделать предварительный вывод о наличии в данном районе в определенный период года и времени суток неблагоприятного влажностного режима (сухая или влажная погода) и запрограммировать увлажнение или осушение воздуха в проектируемом объекте.
4. Ветровой режим местности.
При решении ряда архитектурно-строительных задач необходимо иметь ряд данных в ветровом режиме местности:
1) средние скорости ветра для каждого месяца года;
2) восьмирумбовая роза ветров по скорости и повторяемости для наиболее жаркого и холодного месяца;
3) обеспеченность различных скоростей ветра по восьми румбам за теплый и холодный период года;
4) максимальные скорости ветра, порывистость и другие.
Значения средних скоростей ветра по месяцам используются для оценки погодных условий места строительства, строительно-климатического районирования.
Графически характеристика ветрового режима местности выражается в виде розы ветров. На основании данных таблицы 1.5 на генплане строится графическое изображение розы ветров. Направление ветра в розе ветров определяется точкой, из которой дует ветер. Повторяемость ветра по различным направлениям оценивается в процентах, при этом повторяемость по всем румбам принята за 100 % без учета продолжительности штиля.
Для этого делается построение восьми направлений и от точки их пересечения вдоль каждого направления откладываются в произвольном масштабе значения скорости и повторяемости. Соединение между собой прямыми линиями значений точек скоростей образует розу скоростей, а значений повторяемости – розу повторяемости.
При оценке ветрового режима местности по розам ветров определяются преобладающее направление ветра, направление ветра с наибольшей скоростью, вероятность ветра с наибольшей скоростью, наименьшая скорость ветра с вероятностью р ≥ 16 %.
Роза ветров служит для определения санитарных разрывов взаиморасположенных промышленных предприятий и селитебных территорий и решения многих других задач.
Данные по скорости и повторяемости ветров данной местности приводятся в приложении 5.
На рисунке 1.4 приведены январская и июльская розы ветров для г. Уфы. Анализ их показывает, что для данного района строительства зимой преобладающие направления ветра – южное (42 %); наибольшая скорость – 5,5 м/с с юго-западного направления с повторяемостью 20 %. Летом преобладающее направление ветра – северное и северо-западное (19 и 20 %).
С учетом этих показателей архитекторы определяют рациональную ориентацию зданий, ориентируют входные узлы и другие задачи.
Таблица 1.5 – Скорость и повторяемость ветра различных направлений в г. Уфа
| Показатели | Ориентация | ||||||||
| С | СВ | В | ЮВ | Ю | ЮЗ | З | СЗ | ||
| повторяемости направления, % | январь | ||||||||
| июль | |||||||||
| скорости ветра, м/с | январь | 3,1 | 3,3 | 3,4 | 4,3 | 5,5 | 4,5 | 4,4 | |
| июль | 3,6 | 3,5 | 2,8 | 3.1 | 3,4 | 3,8 | 3,4 | 3,6 |
а – по повторяемости; б – по скорости
Рисунок 1.4 – Роза ветров г. Уфа
Для определения преимущественного направления снего- или пескопереноса рационально построить график обеспеченности скоростей ветра более 6 м/с. Считается достаточно опасным снегоперенос за зиму в объеме более 500 м3/м.
5. Определение погодных условий и выбор режима эксплуатации зданий.
К средствам регулирования тепловой среды относятся: выбор места строительства, градостроительные, объемно-планировочные и конструктивные приемы, инженерное оборудование зданий.
Применяемые средства во многом зависят от того, какая погода преобладает в данной местности. Если для города типична холодная погода (6–7 месяцев), то здания должны иметь «теплые» ограждения и мощные отопительные системы. Если в этом городе теплое лето, пусть даже не очень продолжительное (2-3 месяца), окна должны открываться, и в каждой квартире следует делать лоджию или балкон. В экваториальных широтах круглый год тепло (+20…+26°), ограждения как теплозащитная «броня» могут отсутствовать, там нередки дома с дырчатыми стенами и окнами без остекления. Важны, конечно, и экстремальные воздействия климата (ураганы, грозы, необычайные морозы и др.). Однако с архитектурно-типологической точки зрения здания должны, прежде всего, отвечать характерной для данной местности погоде.
Связь между архитектурой здания и внешней средой следует искать в степени раскрытия помещений во внешнюю среду. Характер связи помещений с внешней средой мы условно называем «эксплуатационным режимом помещений».
Следует различать четыре эксплуатационных режима зданий: изолированный, закрытый, регулируемый и открытый. Классификация типов погоды показаны на рисунке 1.5.
Изменение критерия в четвертой и пятой графах на рисунке 1.5 не случайно – если для погоды жаркой, теплой и комфортной важно сочетание температуры воздуха соотносительной влажностью, то для погоды прохладной, холодной и суровой существенно сочетание температуры воздуха с ветром.
Рисунок 1.5 – Характеристика типов погоды
Таблица 1.6 дает возможность установить определенные типологические требования к зданиям; решить ряд экономических задач (определить затраты на отопление, кондиционирование, дополнительную теплоизоляцию и др.); выявить наиболее рациональный период эксплуатации помещений как в годовом, так и в суточном цикле; обосновать для некоторых объектов строительства (лагеря, санатории, пункты питания и др.) их вместимость по сезонам, типологию и архитектуру.
Режим эксплуатации зданий должен соответствовать классу погоды. Установлено четыре режима эксплуатационных зданий: открытый, полуоткрытый, закрытый и изолированный.
Для каждого класса погоды характерен определенный режим эксплуатаций и соответствующие типологические особенности зданий (смотреть таблицу 1.6).
Типологические особенности устанавливаются по наиболее неблагоприятным и преобладающим погодным условиям, если нет возможности привязки проектируемого объекта к разным погодным условиям, или его трансформацией, либо за счет изменения графика эксплуатации (наиболее благоприятный период).
Класс погоды большинства районов в годовом цикле изменяется в большом диапазоне.
Для определения преобладающих классов погоды в районе строительства следует установить их для каждого месяца и отдельно для дневного и ночного периода суток (смотреть рисунок 1.6), пользуясь таблицами 1.2, 1.4 и 1.5, где указаны соответственно температура, влажность и скорость ветра. Далее определяется преобладающий тип погоды для данного населенного пункта, как показано для города Уфы (рисунок 1.6) и по таблице 1.6 определяются типологические особенности зданий в зависимости от класса погоды.
Рисунок 1.6 – Погодные условия в г. Уфе
Таблица 1.6 – Типологические особенности зданий в зависимости от класса погоды
| Класс погоды (режим эксплуатации зданий) | Типологические особенности зданий | |||||||||
| Архитектурно-планировочные | Архитектурно-конструктивные | Инженерно-технические | ||||||||
| Суровая (изолированный) | Максимальная компактность объемно-планировочного решения с минимальными теплопотерями. Теплые лестницы с двойными тамбурами и тепловой завесой при входе. Вентилируемые шкафы для сушки верхней одежды. Увеличение на 10–15 % полезной площади квартир и отдельных помещений (вестибюль, гардероб и др.) общественных зданий. Теплые переходы между квартирами и препятствиями повседневного обслуживания (магазин, детсады-ясли и др.). Крытые улицы и центры. Отапливаемые остановки городского транспорта. Рекомендуются зимние сады и фотарии. | Высокая герметизации и теплозащита наружных ограждающих конструкций. Тройное и четырехслойное остекление окон и двойное – световых фонарей. Отделение форточки от межстекольного пространства окна. | Эффективное центральное отопление большой мощности. Искусственная приточно-вытяжная вентиляция с подогревом и увлажнением воздуха. Удаление мусора без выхода на улицу. Туалеты – в пределах здания | |||||||
| Холодная (закрытый) | Компактное объемно-планировочное решение с малыми теплопотерями. Теплые лестницы с тамбуром. Шкафы для верхней одежды в прихожей. Ориентация на юг. Защита территории от ветров. | Наружные ограждения с необходимыми теплозащитными качествами и малой воздухопроницаемостью. Окна с двойным остеклением. | Центральное регулируемое отопление средней мощности. Вентиляция естественная вытяжная. | |||||||
| Прохладная (полуоткрытый) | Максимальная инсоляция помещений. Использование интермии. Передняя с местом для верхней одежды. Защита территории от ветра. | Неотапливаемые лестничные клетки без тамбура. Одинарное остекление. Окна с регулированием раскрытия. Трансформация ограждений. Достаточная воздухонепроницаемость наружных ограждений. | Отопительные устройства малой мощности. Отопление нерегулярное. Вентиляция естественная вытяжная. | |||||||
| Комфортная (открытый) | Бытовые процессы могут протекать на открытом воздухе. Открытые помещения. Максимальное использование лоджии, веранд, террас. | Трансформируемые ограждения. Окна с регулируемым открытием. | Не используются системы отопления, вентиляции и кондиционирования. | |||||||
| Теплая (полуоткрытый) | Сквозное, угловое проветривание помещений. Увеличенная площадь открытых помещений (лоджии, веранды, террасы, балконы и др.). Лестницы полуоткрытые. Инсоляция только в пределах нормы в первую половину дня. Затенение и аэрация территории (использование ночных прохладных ветров). | Трансформация ограждений. Окна с регулированием раскрытия и солнцезащитой. | Механические вентиляторы (настенные, настольные, потолочные. При инсоляции помещений требуется искусственное охлаждение воздуха. | |||||||
| Жаркая сухая (закрытый) | Компактное объемно-планировочное решение для уменьшения поступления тепла в помещение. Стационарная солнцезащита или ориентация на восток. Затенение территории и её обводнение. Защита от пыльных ветров. Аэрация территории и зданий ночью прохладными местными ветрами. | Наружные ограждения (стены, покрытия с достаточной тепловой инерцией). Использование орошаемых и водоналивных ограждений. Внутренняя отделка из теплоемких материалов. Использование стационарных солнцеломов. Окна с одинарным или двойным остеклением. | Искусственное охлаждение воздуха без снижения в нем влагосодержания, механические вентиляторы различных видов. | |||||||
| Жаркая с нормальной и повышенной влажностью (изолированный) | Максимальная компактность с минимальными тепловыми поступлениями в помещения. Солнцезащита помещений и территорий. Интенсивная аэрация территории. | Высокая воздухопроницаемость и достаточная теплозащита стен и покрытий. Закрытые окна с уплотнением притворов, солнцеломами и противомоскитными сетками. Орошаемые или водоналивные (с проточной водой) покрытия и стены. | Полное кондиционирование (охлаждение и уменьшение влагосодержания воздуха). Механическая вытяжная вентиляция. Различного вида вентиляторы – фены. | |||||||
Вывод. Ввиду преобладания в Уфе холодной погоды ей соответствует закрытый режим эксплуатации зданий и следующие типологические особенности зданий:
- архитектурно-планировочные;
- архитектурно-конструктивные;
- инженерно-технические (таблица 1.6, выделенный фрагмент).
Варианты заданий для выполнения практической работы №1
Вариант принимается согласно номеру учащегося в списке группы.
1. Климатический паспорт города Сургут
2. Климатический паспорт города Ханты-Мансийск
3. Климатический паспорт города Москва
4. Климатический паспорт города Самара
5. Климатический паспорт города Краснодар
6. Климатический паспорт города Белорецк
7. Климатический паспорт города Астрахань
8. Климатический паспорт города Санкт- Петербург
9. Климатический паспорт города Волгоград
10. Климатический паспорт города Муром
11. Климатический паспорт города Калининград
12. Климатический паспорт города Казань
13. Климатический паспорт города Воронеж
14. Климатический паспорт города Иваново
15. Климатический паспорт города Кемерово
16. Климатический паспорт города Сыктывкар
17. Климатический паспорт города Оренбург
18. Климатический паспорт города Омск
19. Климатический паспорт города Пермь
20. Климатический паспорт города Рязань
21. Климатический паспорт города Екатеринбург
22. Климатический паспорт города Рязань
23. Климатический паспорт города Тюмень
24. Климатический паспорт города Набережные Челны
25. Климатический паспорт города Сочи
26. Климатический паспорт города Нижний Новгород.