Климатический анализ

Климатический анализ в архитектурном проектировании ведется «от общего к частному», от оценки наиболее общих фоновых закономерностей климата, характерных для крупных территорий (климат района Южного Урала, климат подрайона IVB по СНиП, климат Нижнего Новгорода и др.), к оценке микроклимата локальных конкретных выбранных для строительства участков, расположенных в определенных условиях подстилающей поверхности (рельеф, акватории, растительность, покрытие, характер за­стройки), которая изменяет фоновые условия, преломляет их.

На фоновом уровне дизайнер, используя готовые климатические данные, ведет анализ климата, определяет район, в котором предстоит строительство (например, используя карты районирования территории страны, при­веденные в СНиП 2.01.01.-82), выявляет сезоны года, определяющие типологию в данном пункте, оценивает роль каждого климатического фактора для раскрытия дизайнерского пространства.

Ограждающие конструкции зданий, планировка, инженерное оборудование должны обеспечивать благоприятные микроклиматические условия среды (оптимальные температуру, влажность, подвижность воздуха, благоприятный радиационный режим). Вне зданий микроклимат в зонах нахождения человека может быть улучшен за счет соответствующего использования элементов застройки и малых форм, зеленых насаждений, рельефа, акваторий, покрытий и др.

Требования к микроклимату помещений изменяются в определенных пределах в зависимости от адаптации человека к климату местности и сезону года, от характера поведения человека (при большей физической нагрузке в организме вырабатывается больше тепла), от вида одежды, состояния здоровья, возраста и т.п. (табл. 1 и 2). В районах с умеренным климатом температура в жилище зимой должна составлять 18-20° С, на севере — 21-22° С, в южныхрайонах — 17-19° С.

Таблица 1

Гигиенические требования к тепловому режиму жилых помещений

в разных климатических районах

Показатель	Сезон	Климатический район 1
I	II	III	IV
Температура воздуха, ºС	Зима	21-22	18-20	18-19	17-19
Лето	23-24	23-24	25-26	25-26
Влажность воздуха, %	Зима	30-45	30-45	35-50	35-50
Лето	35-50	35-50	30-60	30-60
Подвижность воздуха, м/с	Зима	0,08- 0,1	0,08- 0,1	0,08- 0,1	0,08- 0,1
Лето	0,08- 0,1	0,08- 0,1	0,1- 0,15	0,1- 0,15
Температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций, ºС	Зима
Лето		26-27

¹ Климатические районы приняты по СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика», с.51.

Таблица 2

Гигиенические требования к тепловому режиму жилых помещений

при конвекционном обогреве в зависимости от возрастной группы

Возрастная группа, лет	Помещения	Темпе-ратура воздуха, ºС	Влаж-ность воздуха, %	Подвиж-ность воздуха, м/с	Температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций, ^оС
12-13	Жилые	20-22	45-50	0,1-0,15
Спальни	16-17	38-50	0,08-0,1
20-30	Жилые	18-20	45-50	0,1-0,15
Спальни	14-15	38-50	0,08-0,1
55-60	Жилые	20-22	45-50	0,1-0,15
Спальни	16-17	38-50	0,08-0,1

Летом в районах с умеренным климатом для жилища предпочтительна температура 23-24° С, на юге нашей страны — 25-26° С, при кондиционировании — 26° С, а при радиационном охлаждении — 28° С. В Дели, например, комфортной температурой для местных жителей летом считается 31-32° С.

Некоторые микроклиматические параметры и их сочетания непосредственно влияют на выбор решений дизайнера. Температура воздуха является первым, отправным критерием среды, тепловым фоном, без которого трудно оценивать другие параметры. Влияние температуры поверхностей сказывается на выборе материалов, например, для полов. Большое теплоусвоение каменных, в том числе мраморных, полов предопределяет их использование в странах с жарким климатом, а в умеренном климате и на Севере предпочитают «теплые» деревянные полы, и даже линолеум кажется «холодным».

Зимой холодная поверхность оконного заполнения (температура ниже 8° С) вызывает сильную отдачу тепла от организма на эту поверхность, что даже при хорошем уплотнении притворов создает ощущение дискомфорта. Летом нагретый через крышу потолок может вредно отразиться на самочувствии человека.

Дизайнер как организатор пространства в большей степени «владеет» ветром, чем температурой и влажностью, и эту возможность должен пра­вильно использовать (рис. 1).

Рис. 1. График воздействия ветра и температуры воздуха на жилую среду

Таблица 3

Характеристика климатических районов т подрайонов согласно

СНиП 2.01.01-82

Клима-тичес-кий район	Клима-тичес-кий под-район	Среднемесяч-ная темпера-тура воздуха в январе, ºС	Средняя скорость ветра за три зимних месяца, м/с	Среднемесяч-ная температура воздуха в июле, ºС	Среднеме-сячная от-носительная влажность воздуха в июле, %
I	IА	От -32 и ниже	-	От +4 до +19	-
IБ	От -28 и ниже	5 и более	От 0 до +13	Более 75
IВ	От -14 до -28	-	От +12 до +21	-
IГ	От -14до -28	5 и более	От 0 до +14	Более 75
IД	От –14 до -32	-	От +10 до +20	-
II	IIА	От -4 до -14	5 и более	От +8 до +12	Более 75
IIБ	От –3 до -5	То же	От +12 до +21	То же
IIВ	От -4 до -14	-	От +12 до +21	-
IIГ	От –5 до -14	5 и более	От +12 до +21	Более 75
III	IIIА	От -14 до -20	-	От +21 до +25	-
IIIБ	От –3 до +2	-	От +21 до +25	-
IIIВ	От -5 до -14	-	От +21 до +25	-
IV	IVА	От –10 до +2	-	От 28 и выше	-
IVБ	От +2 до +6	-	От +22 до +28	50 и более в 13 ч
IVВ	От 0 до +2	-	От +22 до +28	-
IVГ	От-15до 0	-	От +22 до+28	-

Климатическое районирование – существенная составляющая климатологии. Оно разрабатывается для целей проектирования и непосредственно связано с типологией жилых зданий.

Согласно СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» — основному источнику климатической информации для архитекторов и дизайнеров — на карте было выделено четыре климатических района (рис. 4): I — север, холодный климат; II — умеренные широты, умеренно-холодный климат; III — часть южных районов с очень теплым летом; IV — юг, зима мягкая, лето жаркое (Южный берег Крыма, Закавказье), жаркое влажное (Западная Грузия) или очень жаркое сухое (долины Средней Азии).

Определяющими климатическими параметрами этого районирования служат среднемесячные температуры воздуха в январе и июле, а в ряде подрайонов с умеренной и холодной зимой — также средняя скорость ветра за три зимних месяца, в подрайонах с теплым и жарким летом — среднемесячная относительная влажность воздуха (табл. 3). Солнечная радиация учитывается опосредованно, через нарастание температуры воздуха от севера к югу. Границы районов и подрайонов проведены на карте по линиям с одинаковым значением температуры (изотермы), ветра (изоветры) и влажности (изогиеты). Границы во многом обусловлены комплексом типологических требований, предъявляемых в СНиП и рекомендательных документах, например, к жилищу (табл. 4). Приведенные в табл. 4 данные свидетельствуют о том, что в районировании климатические характеристики районов (подрайонов) и типологические требования (нормативы) составляют единый, неразрывный блок основных понятий, регламентирующих проектирование дизайнеров.

Анализ климата предусматривает характеристику климатических условий, направленную на обоснование решений дизайнера. С этой целью используются климатическое районирование и методика погодных комплексов, а также пофакторный анализ климатических данных, завершающийся комплексной оценкой сторон горизонта. Связь факторов, подлежащих анализу, с типами погоды отражена в табл. 5.

Таблица 4

Типологические требования к жилым домам в различных климатических подрайонах

Требования

IА

IД

IБ

IГ

IIА

IIГ

IВ

IIБ

IIВ

IIIВ

IIIБ

IIIА

IVА

IVБ

IVВ

IVГ

Высота этажа

3,0 м 2,8 м 3,0 м

Площадь квартир

Норма + 10%

Проветривание сквозное, угловое

Обязательно; Обязательно допускается через лестницу

Балконы, лоджии

Допускаются при благоприятных условиях Допускаются Обязательно

Отношение пло-щади окон к пло-щади пола

1:6,5 1:5,5 1:6,5 1:5,5

Солнцезащита

Обязательна на окнах Обязательна на окнах и лоджиях

Приточная искус-ственная вентиля-ция, обогрев пола первого этажа

Допускаются

Кондиционеры

Обеспечить возможность установки

Сушильные шкафы

Обязательны

Лифты (с отметки)

12 м 14 м 12 м 14 м

Лестницы основные

Закрытые, отапливаемые Допускаются наружные

Тамбуры (при этажности): одинарные двойные

С первого этажа с 12-го с 1-го с12-го С первого этажа От 4 до 12 этажей с 16-го с4-го с16-го

Защита от влаги

Обязательна Обязательна

Таблица 5

Природно-климатические факторы, подлежащие анализу при различных типах погоды

Природно-климатические факторы	Тип погоды
Суровая	Холодная	Прохладная	Комфортная	Теплая	Жаркая сухая	Жаркая
Солнечная радиация, поступающая на стены разной ориентации	+	+	+	+	+	+	+
Комплекс температуры с солнечной радиацией	+	+	+	+	+	+	+
Комплекс температуры с влажностью			+	+	+	+	+
Ветер: -температурно- ветровой режим -ветроснегозаносы -ветер с дождем -ветер с пылью	+   +	+   +	+     + +	+     + +	+     + +	+     +	+     + +
Влияние подстилающей поверхности на климатические элементы: -ветер и солнце -рельеф и ветер -застройка -озеленение -акватории	+ + +	+ + +	+ + + + +	+ + + + +	+ + + + +	+ + + + +	+ + + + +

Примечание. + - факторы, подлежащие учету; 0 – факторы, не подлежащие учету.

Солнечная радиация регламентирует ориентацию помещений и зданий в целом, планировку, устройство светопрозрачных ограждений, солнцезащитных экранов, озеленения и др. Данные о поступлении радиации в июле на горизонтальную и вертикальную поверхности при безоблачном небе приведены в СНиП 2.01.01-82. Результаты анализа солнечной радиации приведены в табл. 6.

Температурный режим характеризуется данными годового и суточного хода температуры воздуха. На графиках годового хода среднемесячной температуры (рис. 5) наносятся линии, отмечающие продолжительность тех или иных условий, например, линия температуры 20 и 21º C (начало перегрева помещений, необходимость солнцезащитных средств на оконных проемах). При продолжительности перегрева менее 20 дней рекомендуются внутренние солнцезащитные устройства, 20-40 дней — межстекольные или наружные, 61-100 дней — наружные или межстекольные в сочетании с теплозащитным стеклом, а также искусственное охлаждение.

Влажность воздуха может быть нанесена на один график с температурой (см. рис. 2); относительная влажность φ <Р = (е/Е)100%,

где е — абсолютная влажность воздуха;

Е — максимальная абсолютная влажность при данной температуре.

Линии 30% и70 % относительной влажности на рис. 2 ограничивают зоны с низкой и высокой влажностью.

Для уточнения типов проветривания помещений на юге (ночное, дневное, круглосуточное) при комфортной, теплой и двух типах жаркой погоды (18-30° С) рекомендуется использовать график температурно-влажностной характеристики (см. рис. 3). Проветривание ночью необходимо при температуре около 24° С, а при более высокой желательно кондиционирование.

Ветер оценивается для решения планировочных задач, связанных с ветрозащитой или аэрацией, а также с выбором ориентации, взаимного размещения селитебных и промышленных зон и др.

Рис. 2. График определения температурно- влажностной

характеристики воздуха в летнее время

Рис. 3. Биоклиматический график зоны комфорта (по В. Олгею)

Рис. 4 Схематическая карта климатического районирования территории для строительства (СНиП 2.01.01-82)

Таблица 6

Оценка круга горизонта по условиям теплового облучения и солнечной радиации в летний период (май- август)

Территория	Оценка в баллах
От побережий Северного Ледовитого океана до 65-63º с. ш., включая север Дальнего Востока	СЗ- СВ- запретные секторы для квартир односторонней ориентации во всех зонах	В	З, ЮВ	ЮЗ, Ю
От 65-63º с. ш. до 52º с. ш.		З	В, ЮЗ	ЮВ, Ю
К югу от 52º с. ш.		ЮЗ	З, ЮВ	Ю, В
Юг Средней Азии		З	В, ЮЗ	Ю, ЮВ
Юг Дальнего Востока		В	З, ЮЗ	ЮВ, Ю

Примечание. Число баллов пропорционально количеству получаемой солнечной радиации и общему тепловому фону.

Рис. 5 (а). Оценка круга горизонта Москвы в баллах по условиям

теплового облучения

Рис. 5 (б). Годовой ход температуры и влажности воздуха в Москве

Удобной формой для архитектурного анализа ветрового режима является роза ветров — показатель направления и скорости ветра по месяцам (рис. 6). Следует обращать внимание на конкретный румб с минимальной повторяемостью 20%, а при пыле- и снегозаносах — 10%. Согласно рис. 1, при любой температуре скорость ветра более 4 м/с неблагоприятна для пешехода, при скорости 6 м/с и более начинается перенос снега и песка, а при скорости 12 м/с и более возникают механические разрушения элементов зданий. При среднемесячной скорости ветра зимой 5 м/с и более здания подвергаются заметному ветровому охлаждению, поэтому желательна защита зданий и пешеходов от ветра.

Пример розы ветров с балльной оценкой сторон горизонта для Москвы дан на рис. 7. Построение осуществлено с помощью вспомогательной табл. 6а.

Рис. 6. Вероятности направлений и скоростей ветра за январь (а) и июль (б) в Москве (зимняя и летняя розы ветров)

Для составления таблицы отбираются климатические показатели, существенные для Москвы (тепловой фон, солнечная радиация, ветер). Нехарактерные факторы опускаются (снегозаносы, пыльные бури и др.). Для каждого из отобранных факторов задается шкала балльной ценности, отражающая возможность дифференциации в их оценке: для Москвы по пятибалльной шкале можно оценить солнечную радиацию, так как ее изменение от С до Ю весьма велико да и гигиеническое влияние существенно.

Ветровой режим оценен с учетом неблагоприятных ветров с севера (более 5 м/с) в январе и июле, а также с юго-востока в январе. Абсолютная сумма баллов определяет «место» каждого румба, а приведенная сумма наносится на розу.

Типологическое заключение: раскрытие пространства жилых групп предпочтительно на Ю, а также ЮВ при условии защиты от ветров посадками зелени, и на ЮЗ при условии сквозной аэрации и хорошего озеленения. Оптимальная ориентация жилых помещений — Ю, ЮВ, наихудшая — С. При ориентации на 3 и ЮЗ необходима защита от солнца.

В целом задачи дизайнера в области климатологии заключаются в анализе климатических условий места строительства объекта, выявлении нормативных и вне нормативных требований к объекту в связи с климатом, отборе среди этих требований наиболее существенных, влияющих на микроклимат и внешний облик объекта, и в отражении этих требований в дизайнерских проектах. Привлечение к этой работе специалистов (научных работников, климатологов, экологов и др.) является составной частью нормального творческого процесса.

Таблица 6а

Вспомогательная таблица подсчета баллов для оценки круга горизонта

на примере Москвы

Сторона горизонта-	Тепловой фон	Солнечная радиация	Ветер	Абсолютная сумма баллов	Приведенная сумма баллов для построения розы
С
св
в
юв
ю
юз
сз

Рис. 7. Комплексная оценка секторов горизонта по ряду факторов для Москвы

Дата добавления: 2014-12-08