Негізгі климаттық сипаттамалары

1 кесте – Негізгі климаттық көрсеткіштері

Есептік нормалар болжауымды мәндері бойынша анықталады және имараттың жобаланған пайдалану мерзіміне байланысты болады.

Сәулеттік-құрылыстық есептерді шығару кезінде климатты есепке алу керек екеннің құрылыстық климатология қарастырады. Жобалауда адамға жағымды және жағымсыз факторларды есепке алу үшін құрылыс аймақтары климаттық аудандарына бөлінеді. Біздің еліміздің климаты әртүрлі болғандықтан оның әсері адамдарға және қоршаған ортаға сан түрлі болып табылады. Климатты есепке алмай экономика жағынан тиімді және берік құрылысты жүргізуге болмайды. Сонымен қатар адамдарға өмір сүру үшін жағымды жағдайларды жасауға келмейді. Климат ғимараттардың ұзақ пайдалануға әсер етеді, өйткені бұл климаттың әсеріне қарсы тұруымен тікелей байланысты. Сондықтан климаттың ғимарат, имараттар үшін қауіпті және зиянды факторларды анықтап, жобалауда қажетті сәулеттік, көлемдік-жоспарлық және конструктивтік шешім шығару керек, қажетті кұрылыс материалдарды таңдау керек.

Климаттың көрсеткіштерін екі топқа бөлуге болады- жалпы және арнайы.

Климаттың жалпы көрсеткіштеріне жататындары: температура (t, °С),

ылғалдылық (w, %), ауаның ауысуы (u, м/с), күн радиациясы (Р, Вт/м²).

Температура – климат элементерінің ең маңызды көрсеткіштердің бірі. В таблице 2 кестеде температуралық шкалалар және олардың өз ара байланысуы келтірілген.

2 кесте – Температуралық шкалалар

Күннің жұмыс кезіндегі t_ср^дн климаттың орташа температурасымен, жылдың жеке айлардың t_ср^мес температурасымен және температураның тәуліктік орташа өзгеру амплитудасымен Аt_н байланысты және жылулық сипаттамасына ең маңызды болып табылады.

Адамға жылу әсеріне байланысты ауа райының келксі турлері болады:

–суық(+8 °С төмен);

–салқын (8-15 °С);

–жылы (16-28 °С);

–ысытық (+28 °С жоғары);

– өте суық (-12 °С төмен);

– өте ыстық (+32 °С жоғары).

Ауа райының белгілі түрлерінің ұзақтылығы климаттың негізгі симаттамаларын белгілейді және ғимарат, имараттардың сәлеттік және конструктивтік шешімдерін шығаруға тікелей байланысты болып табылады.

Ғимараттардың тұрақтылығы оның негізгі құрылымдардың (іргетастар, жук көтеретің қабырғалар, қоршаушы конструкциялар) күйлеріне тәуелді. Жылу мен суықтың ауыспалы әсерінен құрылымдардың материалдары тозады. Неғұрлым температура көрсеткіштері жылдам ауысса, соғұрлым құрылыс материалдары тез тозады, әсіресе температура жиі нөлден ауысып тұрса.

Сондықтан ғимараттарды жобалау кезінде келесі көрсеткіштерді есепке алу керек:

– ең суық тәуліктің және бес күндіктің есептік температурасы;

– ауа температураның ауысу амплитудасы–тәулік, айлық, жылдық.

Ылғалдылық тәртібін анықтау үшін келесі көрсеткіштерді қолданады:

- ең суық айдағы ауаның орташа айлық салыстырмалы ылғалдылығы, %;

- ең жылы айдағы ауаның орташа айлық салыстырмалы ылғалдылығы, %.

Ауаның ылғалдылығы құрылымдардың ылғалдылық қалпына едәуір әсер етеді.

Ылғалығты анықтау үшін келесі көрсеткіштерді білу керек:

Абсолюттік ылғалдылық ω, г/м³, –1 м³ ауадағы ылғалдықтың мөлщері, грамм бойынша.

Будың парциалды қысымы (серпімділік) е, Па, – газдың немесе будың қысымы – ауаның құрамында қанша бу бар екеннің білдіреді

Ауның толықтай бумен толыққан күйі стан насыщения W, г/м³ де аталады. Ауаның белгілі температурасында стан насыщения тұрақты болып табылады.

Парциалды қысымның шеткі мәні Е, Па, ауаның толықтай бумен толғанына сәйкес.

Температура жоғарлаған кезде Е және W мәндері өседі, сондықтан олар әртүрлі температурада әртүрлі мәндерде болады.

Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы j ауаның бумен толыққан дәрежесін сипаттайды және келесі формула арқылы анықталады:

(1)

Мұндағы ω –абсолюттік ылғалдылық;

W - тұрақты температурадағы стан насыщения.

Ауаның салыстырмалы ылғалдылығы j басқа да формуламен анықтауға болады

(2)

Мұндағы е - будың парциалды қысымы;

Е - парциалды қысымның шеткі мәні.

j мәні кез келген ылғалы беттерінен ылғалдың шапшан кетуіне әсер етеді.

j мәніне қарай баспаналарды келесі ылғалдық реттерге бөледі:

Құрғақ (j<50%);

Қалыпты (j=50¸60%);

Ылғалды (j=61¸75%);

Суылы (j>75%).

Ауаның температурасы өсе келе салыстырмалы ылғалдылық j төмендейді, парциалды қысым е тұрақты мәнінде қалады, ал Е өлшемі өседі, себебі жылы ауада, суық ауамен салыстырғанда, ылғалдылық әрқашанда жоғары болады.

Температура төмендеген кезде салыстырмалы ылғалдылық jжоғарлайды және 100% жетеді және кейбір температурада Е = е, яғни ауа толықша буға толған жағдайға келеді. Мұндай жағдайға соқтыратын температура - температура точки росы t_р деп аталады. Ауаның температурасы t_в одан әрі төмендейтін болса, онда баспанадағы артық ылғал сұйық қалыпқа келеді, конденсат пайда болады да және қоршаулардың беттеріне түседі.

Величина j көрсеткіштің мәне тек ғана қоршаулардың беттеріндегі үрдістеріне әсер етпей, қоршаулардың ішкі құрамында болатын жағдайларға әсер етеді, сонымен материалдың ылғалдылығына да әсер етеді.

Жоғары ылдғалдылық құрылыс құрылымдардың пайдалану көрсеткіштерін төмендетеді, оларды пайдалану мерзімдерін қысқартады және баспананың ішкі климатына кері әсер етеді. Жобалау кезінде ылғандандыру мүмкін болуына, конденсат пайда болуына есеп жасайды.

По сочетанию температуры и влажности воздуха определяют комфортность условий в помещениях. Требования к условиям комфортности установлены в санитарно-гигиенических нормах с учетом климатического района строительства. Это объясняется особенностями влияния климата на организм человека в различных условиях. В районах с холодной зимой для нормализации теплового состояния человека в жилище требуется более высокая температура в помещении, чем в теплых районах.

В зависимости от климата, соотношения температур и влажности наружного воздуха и внутри помещения, перемещение водяного пара через ограждение происходит наружу или внутрь помещений.

Например, в Москве в течение года температура наружного воздуха (таблица 4) редко превышает температуру внутри помещения (18 °С), преобладает тепловой поток наружу. Абсолютная влажность воздуха 50 – 60 % внутри помещений большую часть года выше, чем снаружи (таблица 5), следовательно, преобладает движение водяного пара из помещения наружу. В качестве меры, предупреждающей конденсационное увлажнение ограждений, в Москве предусматривают гидроизоляционный слой ближе к внутренней стороне стены (к наиболее влажной зоне ограждения).

Таблица 4 – Средняя месячная и годовая температура воздуха, °С

Таблица 5 – Влажность и осадки

Поэтому нельзя автоматически переносить профилактические мерыизодного района в другой, без учета особенностей климата, а именно, температуры и влажности воздуха.

Количество выпадающих осадков и их интенсивность имеют большоезначение при проектировании. Влияние осадков на ограждения зданий существенно.

При дождях с сильными порывистыми ветрами стены увлажняются. В холодное время года влага перемещается внутрь конструкции от более холодных и влажных слоев к более теплым и сухим.

Если ограждения легкие, влага может достигать внутренней поверхности стены. Если стены массивные, влага не проникает внутрь помещения, но такие стены медленно высыхают, а при понижении температуры влага внутри конструкций замерзает и разрушает стены. Разрушение ускоряется оттепелями. Более вредное действие оказывают моросящие длительные осадки, чем интенсивные, непродолжительные в виде мелких капель. Мелкие капли удерживаются на поверхности и впитываются материалами. Крупные капли скатываются со стен под действием силы тяжести.

Осадки (дождь, таяние снега) увеличивают влажность грунта, повышается уровень грунтовых вод. Это опасно для зданий возможностью вспучивания грунта, затоплением подземной части здания.

Количество выпадающего снега увеличивает нагрузку на крыши зданий. При проектировании покрытий учитывают возможность интенсивных снегопадов, создающих кратковременную нагрузку.

Ветер оказывает непосредственное воздействие на здания. От направления и скорости воздушных потоков зависит температурно-влажностный режим территории. От скорости ветра зависит теплоотдача зданий. Ветровой режим влияет на планировку, ориентацию зданий, размещение промышленной и жилой зоны, направление улиц.

Например. В Сибири и на Урале внутренняя поверхность наружной стены, расположенной перпендикулярно холодному ветру, несколько холоднее, чем при штиле. В Мурманске зимой в квартирах, окна которых выходят на юг, холоднее, чем в ориентированных на север, потому что южный ветер там оказывается более холодным. В условиях жаркого климата расположением комнат можно добиться сквозного проветривания квартир, т.е. ветер улучшает микроклимат жилища. Во влажных районах ветер ускоряет просушивание ограждений, таким образом, увеличивая долговечность зданий.

Лучистая энергия солнца (солнечная радиация) создает естественное освещение земной поверхности. Солнечную радиацию можно определить как количество энергии на единицу поверхности, Вт/м².

Спектр солнечной радиации состоит из ультрафиолетовых лучей (около 1 %), видимых лучей, которые светят (около 45 %), и инфракрасных лучей, которые греют (около 54%).

Земной поверхности достигает лишь часть солнечной радиации: прямая, рассеянная и отраженная.

Количество суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации приведено в СНиП [ ] для горизонтальных и вертикальных поверхностей.

Облучение какой либо поверхности прямыми солнечными лучами называется инсоляцией. Инсоляция территории или помещения измеряется продолжительностью в часах, площадью облучения и глубиной проникновения солнечных лучей в помещение.

Положительное действие инсоляции определяется бактерицидными свойствами солнечных лучей и тепловым воздействием.

Количество солнечной радиации также зависит от широты района строительства, времени года и имеет максимальную интенсивность в летний период (рисунок 6).

Рисунок 6 – Сравнение интенсивности солнечной радиации.

От количества приходящей солнечной радиации зависит нагрев стен и температура внутри помещений. При открытых окнах в помещение поступает тепла столько же, сколько и на стены. При закрытых окнах часть радиации отражается от стекла, часть поглощается стеклом и оконными переплетами, нагревая их. При одинарном остеклении через окно проникает около половины падающей радиации (41–58 %), при двойном остеклении – около 1/3 радиации (23–40 %).

Рассматривая влияние солнечной радиации на здание, следует учитывать поглощательную способность различных материалов, которая зависит от их цвета и состояния. В таблице 6 приведена поглощательная способность различных материалов.

Таблица 6 – Поглощательная способность материалов

Подобрав соответствующие материалы и нужные цвета для ограждений здания, можно изменить величину радиации, поглощаемую стеной, уменьшить или увеличить нагрев конструкций солнечным теплом.

Необходимо учитывать, что стены разной ориентации в разное время суток нагреваются неодинаково, при этом их температура на 15–20°С выше температуры окружающего воздуха. Кроме того, создаются большие контрасты между стенами здания. Такое возможно и в холодное время года в некоторых районах.

В результате нагрева панели деформируются, в кирпичных стенах возникают температурные напряжения, которые сравнимы по своей величине с другими нагрузками и должны учитываться при проектировании.

2.2 Климатическое районирование для строительства

Климат нашей страны разнообразен. При районировании территории страны для строительства учитывались основные климатические показатели – температура и влажность воздуха, скорость ветра, количество поступающей солнечной радиации.

На рисунке 7 приведена карта климатического районирования территории.

Рисунок 7 – Карта климатического районирования для строительства

От климатических характеристик зависит любое проектное решение, начиная с выбора места для населенного пункта, архитектурно-планировочное решение зданий и сооружений, конструктивные решения ограждающих конструкций, до разработки защитных мероприятий, направленных на создание благоприятных условий для труда, быта и отдыха человека.

2.3 Учет климатических факторов при проектировании зданий и населенных мест

Создание наиболее благоприятных условий для труда, быта и отдыха человека при современном уровне техники может быть обеспечено в любых климатических условиях при соответствующих системах отопления, освещения, кондиционировании воздуха. Архитектурные сооружения становятся совершенно независимыми от внешних условий. Однако такие решения нецелесообразны и экономически невыгодны.

При этом в современном жилищном строительстве в понятие жилища включается не только квартира, а также дом, улица, квартал, населенный пункт – город, поселок, село. Проектирование отдельных зданий связано с планировкой населенного пункта в целом.

Учет климатических условий начинается с выбора места для населенного пункта. При решении архитектурно-планировочных задач необходимо учесть не только влияние климата на застройку, но и предусмотреть активное воздействие человека на климат, по возможности предусмотреть улучшение микроклимата путем создания садов, парков, водоемов и т.п.

Температура воздуха учитывается при разработке:

объемно-планировочного решения здания (габариты и размещение помещений);

конструктивного решения зданий (материал и толщина ограждений, вид остекления);

технического обеспечения (отопления, вентиляция и др.).

Влажность воздуха и осадки влияют:

на выбор места строительства;

на конструктивное решение ограждающих конструкций (материал, толщина, наличие и размещение гидроизоляционных слоев);

на разработку защитных мероприятий (отвод воды);

на выбор инженерного оборудования (отопление, вентиляция, кондиционирование).

Перемещение воздуха влияет на:

планировку зданий;

этажность зданий;

ориентацию зданий;

размещение промышленной и жилой зон населенных мест;

планировку населенных мест (направление улиц);

конструктивное решение зданий.

Солнечная радиация и инсоляция учитываются при разработке:

объемно-планировочного решения зданий (наличие балконов, лоджий, веранд, эркеров и др.);

конструктивного решения зданий (материал, толщина ограждений, заполнение оконных проемов);

отделки (качество поверхности, цвет);

планировки территорий (затенение здания другими зданиями);

ориентации здания по сторонам света.