Общие положения
Климатология является наукой, которая занимается изучением нестационарных процессов и явлений, происходящих в атмосфере земной коры. Климатология путем наблюдений, измерений, регистрации и осреднения различных стандартных метеорологических параметров изучает процессы и явления, происходящие на Земле, и учитывает их в хозяйственной деятельности. К климатическим параметрам относят температуру наружного воздуха, скорость его движения, давление, характеристики изменения водяного пара, количество осадков, солнечную радиацию, облачность и др. параметры. Климатология как наука необходима для решения целого ряда задач в различных отраслях народного хозяйства и, в частности, в строительстве.
Результаты климатологических исследований широко используются в самых разнообразных отраслях народного хозяйства, т.е. имеют большое прикладное значение. Климатология разрабатывает показатели для учета метеорологических воздействий на различные строительные объекты и материалы. Учет этих воздействий дает большой экономический эффект и необходим при проектировании разнообразных строительных объектов.
В климатологии большое внимание уделяется характеристике основных климатообразующих факторов – географических, радиационных и циркуляционных. Стандартизированная система климатических наблюдений необходима для выявления и регистрации климатических условий. Климатические показатели представлены в метеорологических ежегодниках, климатологических и ряде других специальных справочниках.
Погода в отдельные промежутки времени характеризуется состоянием атмосферы, которая представляет собой совокупность метеорологических параметров и явлений происходящие в ней (туман, гололед, метель, пыльные и песчаные бури, грозы, шквал, смерч и др. процессы). Для исследования этих явлений и процессов пользуются показателями стандартной атмосферы (СА).
Климат для данной страны, области характеризуется многолетними погодными условиями у земной поверхности. Климат для данной местности устойчив, и для обнаружения его изменений требуются столетия. Погода же изменяется в течение короткого промежутка времени, например, в течение суток.
Общее представление о климате в России показано на рис.1. Из рисунка видно, что в России наиболее суровый климат наблюдается в Восточной Сибири, где расчетная наружная температура воздуха составляет минус 55оС и ниже. На Европейской территории и в Приморье климат менее суров. Наиболее теплая климатическая зона находится в районе Черного моря.
В России строительная отрасль потребляет около 55-60 % всего добываемого органического топлива, идущего на внутренние нужды. В связи с этим она является ключевой отраслью и, следовательно, на первый план выходит строительная климатология, с которой начинается проектирование, строительство и эксплуатация зданий и сооружений.
Краткая история развития нормирования по строительной климатологии.
Нормирование климатических параметров, рассчитанных на широкое применение при проектировании и строительстве зданий и сооружений, впервые было осуществлено в 1962 году. СНиП II- А. 6-62 «Строительная климатология и геофизика» содержал в себе расширенный объем климатических характеристик, включая геофизические показатели. Документ был подготовлен институтом НИИ строительной физики. В его разработке принимали участие: Западно-Сибирский филиал АС и АСССР, Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова, Главного управления по строительному проектированию предприятий, зданий и сооружений Госстроя СССР, Института физики Земли АН СССР, НИИ оснований и подземных сооружений, НИИ мерзлотоведения, ЦНИИ строительных конструкций и ЦНИИЭП жилища.
При составлении главы СНиП II- А. 6-62 «Строительная климатология и геофизика» были использованы материалы Гидрометеорологической службы СССР, Госплана СССР, научно-исследовательских институтов Академии строительства и архитектуры СССР, Института физики Земли Академии наук СССР и других организаций.
К основным климатологическим характеристикам, представленным в Документе, были отнесены: температура и влажность воздуха, количество осадков, толщина снежного покрова, солнечная радиация, ветер, гололед и геофизические показатели.
В 1972 г. научно-исследовательским институтом строительной физики Госстроя СССР с участием Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, институтов ПНИИИС, НИИОСП, ЦНИИ Промзданий и ГПИ-1 были разработаны новые нормы СНиП II-А.6-72 «Строительная климатология и геофизика». При их составлении были использованы материалы многолетних климатических и геофизических наблюдений Гидрометеорологической службы СССР, Московского государственного университета, рекомендации Международной комиссии по освещению, расчеты, выполненные НИИ строительной физики Госстроя СССР, и другие материалы.
В этом документе приведены основные климатические и геофизические показатели (температура и влажность наружного воздуха, повторяемость и скорость ветра, солнечная радиация, световой климат, районы распространения вечномерзлых и просадочных грунтов и т. п.). Эти показатели необходимы при составлении схем и проектов районной планировки жилых зданий и предприятий промышленных узлов, а также при проектировании вновь строящихся и реконструируемых предприятий, зданий и сооружений.
Новый СНиП 2.01.01-82. «Строительная климатология и геофизика» был разработан в 1982 г. специалистами НИИСФ, ПНИИИС, НИИОСП им. Н. М. Герасимова Госстроя СССР, Дальневосточным Промстройниипроектом Минстроя СССР, МГУ им. М. В. Ломоносова, МИСИ им. В. В. Куйбышева Минвуза СССР и при участии ГГО им. А. И. Воейкова Госкомгидромета.
Следующие строительные нормы с новым названием СНиП 23-01 -99 «Строительная климатология» были введены в действие Госстроем России с 1 января 2000 г. Документ был разработан в НИИ строительной физики при участии ГГО им. А. И. Воейкова Госкомгидромета. В них участвовали Армгидромет, Госкомгидромет Республики Беларусь, Грузгидромет, Казгидромет, Кыргызгидромет, Госкомгидромет Украины, Узглавгидромет, Туркменгидромет, Главтаджикгидромет.
Организационное руководство осуществлялось Межгосударственным советом по гидрометеорологии (МСГ), Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС), Госстроем России и Росгидрометом.
По сравнению с предыдущими нормами в СНиП 23-01-99 дополнительно были включены специализированные климатические параметры: температура воздуха наиболее холодной пятидневки и суток, температура воздуха для расчета мощности систем вентиляции и кондиционирования, продолжительность и средняя температура воздуха отопительного периода, расчетная скорость ветра, солнечная радиация на вертикальные поверхности. В нем практически все расчетные температуры наружного воздуха определены за период 40-50 лет с учетом обеспеченности 92%. В связи с этим в нормах в небольшом количестве пунктов произошли изменения не более чем на 1 °С.
Сравнительный анализ климатических параметров показывает, что в различных редакциях СНиПа в большей степени изменялись значения температуры воздуха наиболее холодных пятидневок и суток. Это объяснялось тем, что в то время длительных 50-летних наблюдений на метеорологических станциях не было (за исключением небольшого числа, имеющих к тому времени около 30 лет наблюдений). В связи с этим первая редакция СНиП П-А. 6-62 большей частью содержала расчетные температуры, определенные практически для всех пунктов по этому методу.
На следующем этапе специалистами НИИСФ был разработан СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» в новой редакции, введенный в действие с 1 января 2003 г. В 2008 г. в развитие этого документа НИИСФ. разработал «Справочное пособие» к нему, которое содержит дополнительные и вспомогательные материалы, относящиеся к строительной климатологии.
3. Область применения климатических параметров в строительстве.
Строительная климатология служит для удовлетворения всех требований, предъявляемых к строительству населенных пунктов в части обеспечения их различными расчетными метеорологическими параметрами, климатическими характеристиками, специфическим климатическим зонированием, климатическими паспортами.
С ее помощью для любого климатического района строительства определяют требуемый уровень теплозащиты ограждающих конструкций, рассчитывают системы отопления и вентиляции, теплопоступления и теплопотери, инсоляцию и световой режим зданий и сооружений различного назначения, а также ведут прочностные расчеты и определяют долговечность как отдельных элементов, так и здания или сооружения в целом. Кроме того, климатические параметры необходимы также для разработки и производства новых строительных материалов, изделий и конструкций.
Внешние воздействия на строительный объект характеризуются параметрами светового, теплового и воздушного климата. Для расчета уровня теплозащиты (приведенного сопротивления теплопередаче) гражданских и производственных зданий учитывается температура воздуха наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки и др. климатические параметры холодного периода года. При определении установочной мощности систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха используются температура наиболее холодных суток, пятидневки, месяца, удельная энтальпия, скорость и направление ветра, влажность воздуха, климатические параметры теплого периода года.
При нахождении максимальных теплопотерь, теплопотерь за отопительный период и за срок службы здания используются абсолютные минимальные температуры воздуха, температуры наиболее холодных суток, пятидневки, месяца, параметры продолжительности и средней температуры отопительного периода.
Расчет теплопоступлений в помещения зданий производится с учетом суммарной солнечной (прямой и рассеянной) радиации, падающей на поверхность под любым углом относительно горизонта, параметров температур теплого и холодного периодов года.
При проектировании генеральных планов городов, поселков, сельских населенных пунктов необходимо также учитывать климатические периоды теплого и холодного периодов года, скорость и направление ветра.
Для определения долговечности ограждающих конструкций и здания в целом используют параметры перехода температуры воздуха через ноль градусов Цельсия, расчетные температуры воздуха теплого и холодного периодов, в т.ч., данные о продолжительности температур воздуха различной градации, а также данные о количестве выпадающих осадков.
На основе климатических параметров рассчитываются теплоустойчивость и пароизоляция ограждающих конструкций, определяется воздухопроницаемость строительных материалов, изделий, ограждений и зданий.
Располагая достоверными климатическими параметрами, ученые и проектировщики решают и обосновывают целесообразность проектных решений планировки городов, рабочих поселков и населенных мест с позиций энергосбережения, обеспечения в зданиях и в районах застройки безопасного и комфортного проживания людей.