916

дней - наружные или межстекольные устройства в сочетании с теплозащитным стеклом и искусственным охлаждением.

На график годового хода температуры может быть нанесен влажностный режим воздуха с целью установления условий проветривания помещений. Линии 30 и 70% относительной влажности на графике (рис. 1.3) ограничивают зоны с низкой и высокой влажностью.

Анализ суточного изменения температуры в летние месяцы позволяет выявить условия эксплуатации открытых помещений:

- при температуре 16оС и выше необходимо устройство солнцезащиты;

- при температуре от 12 до 16оС достаточно наличие инсоляции.

Рис.1.3. Годовой ход температуры и влажности воздуха (на примере Москвы)

Для уточнения типов проветривания помещений (ночное, дневное, круглосуточное) при комфортной, теплой и двух типах жаркой погоды (18-30 оС) строится рабочий график оценки температурно-влажностного состояния воздух (рис. 1.4). Для его построения используют климатические данные для конкретного места строительства: среднемесячные значения температуры, 0С, и относительной влажности, %, воздуха в 7 и 13 ч.

31

магистралью, застроенной фронтально, возникает эффект усиления скорости ветра до 20%.

Если этот эффект нежелателен, здания (особенно длинные) необходимо размещать под углом

45-900 к направлению магистрали.

Рис. 1.5. Вероятности направлений и скоростей ветра за январь и июль в Москве

Воздействия ветра и температуры воздуха на жилую среду представлено на рис.1.6,

анализ которого позволяет отметить, что при любой температуре скорость ветра более 4 м/с

неблагоприятна для пешехода; при скорости ветра более 6 м/с начинается перенос снега и песка, а при скорости ветра 12 м/с и более возникают механические разрушения элементов здания.

Особенно скорость ветра вредна зимой, так как при среднемесячной скорости ветра 5 м/с

и более здания подвергаются заметному охлаждению, поэтому необходима дополнительная защита зданий и пешеходов от ветра. Кроме того, в районах с метелями необходимо предусматривать мероприятия по задерживанию снега. Так, непродуваемая полоса леса шириной более 20-25 м задерживает до 600 м3 снега на 1 м полосы, а продуваемая шириной 7-

10 м - от 100 до 150 м3 снега на 1 м полосы. Система из трех продуваемых полос шириной 12, 12 и 15 м с межполосными разрывами 30-40 м может задержать до 400 м3 снега на 1 м полосы.

Чем холоднее температура воздуха, тем сильнее охлаждающее действие ветра: при температуре - 30 оС даже слабый ветер (2-3 м/с) делает прогулку на воздухе недопустимой. При температуре воздуха от +5 до +20 оС охлаждающее влияние такого ветра значительно, а при температуре +25 оС предпочтительна скорость ветра 1-3 м/с, так как она создает комфорт и снижает перегрев здания.

При температуре более 20 оС большую роль играет влажность воздуха. В сухом воздухе влага, выделяемая потовыми железами человека, легко испаряется и человек, отдавая с потом много тепла, чувствует себя нормально (лето в Крыму, осень в Средней Азии). Во влажном воздухе испарение затруднено и только подвижность воздуха в помещении способствует охлаждению организма (лето в Западной Грузии).

33

Установлено, что при повышении температуры с 19 до 29 оС относительная влажность воздуха должна снижаться с 50-70% до 30-50%. Только в этом случае сохраняется ощущение,

близкое к комфортному, и подвижность воздуха не играет заметной роли. В тех случаях, когда влажность в помещении не снижается, то необходимо организовывать проветривание и аэрацию пространства.

Рис. 1.6. График воздействия ветра и температуры воздуха на жилую среду

Для районов, где ветры сочетаются с ливнями или запыленностью воздуха, следует определять наиболее неблагоприятные направления (стороны горизонта) и предусматривать средства экранирования ограждений, уплотнение стыков, направления планировки пространств, лесопосадки и др.

Большая запыленность возникает при скорости ветра 1-2 м/с на песчаных и рыхлых почвах; при скорости 3-4 м/с - на песчаных и супесчаных почвах; при скорости 5 м/с - на легких суглинках и при скорости 5,5 - 7 м/с - на тяжелых суглинках.

Критическая концентрация пыли в воздухе возникает при ее количестве от 1,5 мг/м3 и

более. Если критическая концентрация пыли в воздухе превышает 30 дней в году и более или повторяемость пыльных бурь составляет не менее 3 в месяц, то необходимо предусматривать защиту зданий от пыли.

Здания, встречающие ветровой поток, создают позади себя ветровую тень (затишье) в

пределах 3 - 8 высот здания (Н). В связи с этим, для защиты территории от ветрового воздействия здания должны размещаться на расстоянии не дальше 5Н друг от друга, а для аэрации - на большем расстоянии.

Помимо отдельных климатических факторов необходимо проводить оценку комплекса климатических факторов, которые позволяют определить стороны горизонта для «закрытия» или «открытия» архитектурного пространства. С этой целью разработана бальная система для оценки круга горизонта (табл. 1.7).

34

Для составления таблицы выявляют климатические показатели, наиболее существенные для района строительства (например, тепловой фон, солнечная радиация, ветер и др.), а

нехарактерные климатические факторы (снегозаносы, пыльные бури и др.) опускают.

Для каждого отобранного показателя устанавливают бальную шкалу, отражающую важность каждого климатического фактора для рассматриваемого места строительства, и

присваивают наиболее важному фактору наибольшую сумму баллов.

Таблица 1.7

Вспомогательная таблица подсчета баллов для оценки круга горизонта (на примере Москвы)

Так, для Москвы наиболее важным фактором является солнечная радиация, которая оценивается по 5-бальной системе. Тепловой фон и ветер относятся к менее значимым,

поэтому они оцениваются по 3-х бальной системе. После установки бальной оценки

отдельных факторов производится их дифференциация по сторонам горизонта. Абсолютная сумма баллов определяет «место» каждого румба, а приведенная сумма используется для построения круга горизонта (рис. 1.7).

Анализ приведенной суммы баллов (табл. 1.7) и круга горизонта (рис. 1.7) позволяют отметить, что раскрытие пространства жилых групп предпочтительно на Ю, и ЮВ при условии защиты от ветров посадками зелени, а также на ЮЗ при условии сквозной аэрации и хорошего озеленения.

35

Рис.1.7. Комплексная оценка секторов горизонта по ряду наиболее существенных климатических факторов для Москвы

Оптимальной ориентацией для жилых помещений следует считать - Ю и ЮЗ, а

наихудшей - С. При ориентации помещений на З и ЮЗ необходима защита их от солнечной радиации.

На следующем этапе проводится анализ рельефа местности, так как сложный рельеф оказывает влияние практически на все аспекты архитектуры и строительства. К архитектурно-

художественным качествам жилой застройки на рельефе предъявляются повышенные требования, обусловленные присущими ей особенностями зрительного восприятия. Застройка на крутых склонах обозревается из разных точек в виде панорамы, а из домов и внутренних пространств открываются перспективы и виды на окружающий ландшафт.

При оценке ландшафта используют подоснову (рельеф) и методы количественной оценки. На подоснове выделяют ориентацию склонов С, Ю, В, З и др.) и углы наклона местности. Оценка территории по уклонам проводится с учетом следующих градаций: до 3, 3- 10, 10-20 и более 20%. Это связано с тем, что влияние некоторых климатических факторов может усиливаться или ослабляться в зависимости от ориентации и крутизны склонов, формы и степени расчлененности рельефа. Скорость ветра, например, на различных участках холмистого рельефа может изменяться от 60 до 180 % по сравнению с равнинной местностью, что требует большей степени защищенности жилища от ветра. Критерии оценки территории по ветровому воздействию на формы рельефа приведены в табл. 1.8.

36

Оценка территории по тепловому воздействию солнечной радиации показывает, что для холодного и умеренного климата благоприятной ориентацией является В-З, находящейся в секторе от 90 до 2700 , а неблагоприятной - (СЗ - СВ) от 315 до 450. Для очень теплой и жаркой погоды благоприятной ориентацией является СЗ-СВ, находящейся в секторе от 315 до 450 , а

неблагоприятной - (В - З) от 90 до 2700 . Остальные сектора горизонта относятся к умеренно благоприятной ориентации для выше перечисленных климатических зон.

Таблица 1.8 Оценка территории по тепловому воздействию солнечной радиации

Такой тщательный учет местных климатических характеристик способствует совершенствованию планировочных решений зданий и разнообразию архитектурно-

композиционных решений с целью обеспечения в них комфортных условий проживания и жизнедеятельности людей.

Кроме того, учет местных климатических характеристик снижает затраты на строительство зданий и сооружений за счет применения более легких и эффективных конструкций и использования местных строительных материалов, а также экономии затрат на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха.

Глава 2

Строительная теплотехника

2.1. Общие положения

При проектировании жилых, общественных, производственных зданий и сооружений

(далее зданий и сооружений) необходимо обеспечивать их тепловую защиту с целью создания оптимальных санитарно-гигиенических условий при разумном расходовании энергоносителей на отопление зданий и сооружений.

К комплексу мероприятий, обеспечивающих надлежащую тепловую защиту, относятся:

38

-оптимальное объемно-планировочное решение зданий и сооружений при минимальной площади наружных ограждающих конструкций

-применение рациональных наружных ограждающих конструкций с использованием в них эффективных теплоизоляционных материалов

-использование современных методов расчета тепловой защиты зданий и сооружений,

базирующихся на условиях энергосбережения.

Проектирование тепловой защиты зданий и сооружений осуществляется на основе требований СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» и СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий», СП 23-101-04 «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование тепловой защиты зданий», а также соответствующих ГОСТов и норм проектирования зданий и сооружений, в которых приведены необходимые для расчета параметры микроклимата помещений.

Помимо соответствующих теплотехнических расчетов необходимо учитывать архитектурно-планировочные и конструктивные решения зданий (композиционное решение,

ориентация, размеры и герметичность заполнения световых проемов, теплоизоляция ограждений), которые определяют эксплуатационную эффективность и экономичность искусственных средств (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха.

Следует помнить, что даже идеальные в теплотехническом отношении стены и покрытия не дадут ожидаемого эффекта, если композиция здания характеризуется чрезмерным периметром наружных стен, неглубокими помещениями, большими площадями остекления и нерациональной ориентацией по отношению к господствующим ветрам. Поэтому важно уже на первой стадии проектирования, когда выявляются принципиальные решения здания,

определяющие его теплотехническую, гигиеническую и экономическую эффективность,

правильно оценить тепловой климат и аэрационный режим места строительства по исходным данным и умело пользоваться картами строительно-климатического районирования и зон влажности территории, приведенными в СНиП 23-01-99*.

Наибольшее внимание теплотехническим факторам следует уделять при проектировании зданий в экстремальных климатических районах. Существует один общий принцип подхода к проектированию зданий для северных и южных (с сухим жарким климатом) районов: здания должны быть компактными с высокой теплоинерционностью ограждений и минимально допустимыми световыми проемами, чтобы на севере обеспечивалась минимальная теплоотдача зимой, а на юге - максимальная защита от солнечной радиации летом.

2.2. Виды теплообмена

39

Передача тепловой энергии от более нагретых тел к менее нагретым представляет собой процесс, называемый теплообменом, который проявляется в виде трех видов: конвекции,

излучения и теплопроводности.

Конвекция - это процесс передачи тепла путем механического перемещения частиц вещества в газообразной или жидкой среде.

Излучение (радиация) - процесс передачи тепла с помощью электромагнитных волн,

которые передаются от более нагретого другому, менее нагретому телу, превращаясь в нем в тепловую энергию.

Теплопроводностью называется процесс, когда передача тепла происходит в результате соприкосновения частиц твердого материала (бетон, кирпич и т.п.). При теплопроводности молекулы твердого вещества в процессе передачи тепла остаются на месте, в то время как при конвекции, передача тепла происходит путем изменения положения частичек вещества теплоносителя (нагретого воздуха или горячей воды), что в результате меняет тепловой потенциал окружающей среды.

Тепловая энергия путем излучения может передаваться как через воздух, так и через безвоздушное пространство. Тепловые лучи в виде электромагнитных волн, попадая на поверхность кого-либо материального вещества, частично поглощаются им, а частично отражаются от него. Эффект поглощения обычно используется в солнечных коллекторах, с

помощью которого происходит нагревание воды и отопление помещений. Эффект отражения используется в случае задержания радиационного тепла в помещении путем наклеивания алюминиевой фольги за отопительными приборами или под утепляющим слоем мансарды, а

также путем нанесения специального отражающего слоя на внутренние поверхности оконных стекол.

В ограждающих конструкциях теплообмен главным образом осуществляется в виде теплопроводности, но одновременно он сопровождается конвекцией и излучением.. Так, через сплошные ограждающие конструкции передача тепла происходит путем теплопроводности, а

через воздушные прослойки ограждения и у его внутренних и наружных поверхностей - путем конвекции и излучения.

Передача тепла из одной нагретой газообразной среды к другой через разделяющую твердую ограждающую конструкцию, при котором действуют все три вида теплообмена,

называется теплопередачей.

2.3. Теплопередача через ограждения

Ограждающие конструкции (стены и покрытия) разделяют две среды с различными температурами, давлением и влажностью.

40