Дослідження ступеня затінення території житлового кварталу

Щільність житлового фонду, як відомо [71, 72], безпосередньо пов’язана зі ступенем опромінення незабудованої території житлових масивів, оскільки зміна величин розривів між будинками при інших рівних умовах приводить до відповідної зміни площі незабудованої території і внаслідок цього до зміни ступеня затінення незабудованої території чи ступеня опромінення. Від ступеня затінення території залежать мікрокліматичні умови проростання зелених насаджень, температура і вологість повітря у просторі між будинками, вітровий режим, що свідчить про важливість урахування цього фактора при проектуванні житлової забудови. Вивчення питання зумовлюється двома обставинами: створенням найбільш сприятливих умов мікроклімату в житловій забудові й забезпеченням одночасно з ним високої щільності житлового фонду з метою економного використання території.

Ступінь затінення території за “Санітарними нормами…” [67] визначається у відсотках через відношення площі тіні в дні рівнодення до площі території, не зайнятої будинками. Площу тіні від окремо взятого будинку, за науковими джерелами [90,96] рекомендується визначати за ізохронами в інсоляційний період часу. Та ніде в джерелах, де ця рекомендація наводиться, вона не підкріплюється прикладом самого обчислення. Вважаємо, що такий спосіб зручний лише для загальної візуальної оцінки інсоляційної ситуації в забудові. Він великою мірою суб’єктивний. Об’єктивна оцінка ступеня затінення території може бути одержана на основі чисельних порівняльних даних. При цьому порівнянні, вочевидь, необхідно виходити на характеристику ступеня затінення території в найбільш перегрівний період доби у дні рівнодення, з 11 ³⁰ до 14 ³⁰, у 3-годинному періоді інсоляції, коли якраз слід захищати доріжки, майданчики для відпочинку людей, інші ділянки територій. У північних районах, де необхідно не знижувати опромінення території, а підвищувати, цей період слід обчислювати з 10 годин 45 хвилин – F_т10, о 12 годині – F_т12 та о 13 год. 45 хв. Середня площа тіні від будинків житлового кварталу буде визначена за формулою

ΣF_{т ср.}= (ΣF_{т 11} + ΣF_{т 12} + ΣF_{т 14})/3, (3.60)

де ΣF_{т 11}, ΣF_{т 12,} ΣF_{т 14} – сумарні площі тіні від будинків житлового кварталу в зазначений час. При цьому в будь-який заданий час дня площа тіні від будинку в формі паралелепіпеда може бути обчислена за формулою

F_т = Н ctg h (Z sin ν_т + B cos ν_т), (3.61)

де H, Z, B – висота, довжина та ширина будинку; h – висота Сонця; ν_т –кут напрямку тіні від будинку в заданий час дня.

Вивчення затінення територій за описаною методикою було здійснено на 3-х прикладах забудови умовних кварталів з орієнтацією будинків в одному випадку тільки меридіонально, в другому – діагонально під 45^о до напрямку "північ – південь" і в третьому – широтно. В усіх цих випадках загальна площа території була прийнята рівною 16,4 га. Будинки розміщувались рядами з розривами між довгими боками відповідно за даними таблиці 3.6. Загальна площа житлового фонду в будинках заданої орієнтації визначалась при цьому шляхом множення площі кварталу на умовну щільність житлового фонду, яка наведена у тій же таблиці 3.6.

Рис. 3.30. Рівень затінення вільної території в 5-поверховій забудові при умовній щільності житлового фонду: – меридіональна; – діагональна; – широтна орієнтація будинків

Рис. 3.31. Рівень затінення вільної території в 5-поверховій забудові при щільності житлового фонду за СНиП-ІІ-60-75: – меридіональна; – діагональна; – широтна орієнтація будинків

Число будинків заданої орієнтації, яке повинно бути розміщене в межах заданої території, визначалось діленням загальної площі в даному кварталі на загальну площу житла в одному будинку. Площа вільної від забудови житлової території обчислювалася шляхом віднімання від загальної території кварталу площі ділянки під об’єкти громадського обслуговування та іще загальної площі забудови самими житловими будинками. При цьому об’єктами дослідження були 5-поверхові будинки серії 87-078 із довжиною і шириною Z = 121,2 м і В = 11,4 м при висоті Н = 17,0 м, а в районах південніше від 45^о пн.ш. Н = 19 м із загальною житловою площею у такому випадку П₀ = 5147,7 м² з.п. Розрахунки ступеня затінення території були виконані для ряду широтних поясів: 40^о, 45^о, 50^о, 55^о, 58^о пн.ш. Результати цих визначень представлені на рисунку 3.30 у вигляді графіків різного окреслення. Ці графіки, як видно, побудовано по розрахункових точках для різних широт і орієнтації будинків.

Звертаємо увагу на те, що найбільш низький рівень затінення території виявляється при меридіональній орієнтації будинків. На відміну від неї при діагональній і широтній орієнтації будинків ступінь затінення території збільшується майже вдвічі, а то й того більше на високих широтах. У даному випадку можна подивуватися з того, що діагональна орієнтація, на відміну від тверджень відомих спеціалістів Дж.І. Ароніна, а також Б.М. Давидсона, характеризується не найнижчою, а саме середньою затіненістю території. Це можна пояснити відмінністю методики вивчення. Можливо, автори визначали затінення території за миттєвими тінями в уранішні години доби, які менш за все характеризують тепловий мікроклімат у забудові, або коли від будинку утворюється лише тінь від причілка. Різниця в рівнях затінення території у південних районах країни і центральній зоні пояснюється різницею у висоті поверхів будинків. Більша висота будинку дає довшу тінь і відповідно рівень затінення.

При широтній і діагональній орієнтації будинків розрахункові розриви між будинками у зоні північніше від 45^о пв.ш. визначались за критеріями забезпечення природного освітлення, а південніше – інсоляції. У результаті рівень затінення території в районі північніше від 45^о пв.ш. при діагональній орієнтації виявився навіть нижчим, ніж при широтній. У дійсності це відбулося через різке зниження рівня затінення вільної території при широтній орієнтації, оскільки розрахунковий розрив при ній дорівнює подвоєній висоті будинків, а при діагональній тільки півтори висоти. За “Санітарними нормами…” [67] у районах південніше від 58^о п.ш. ступінь затінення території, вільної від забудови, повинен не перевищувати 10%, а північніше 58^о п.ш. – 20%. Графіки, які наведені на рисунку 3.30, дозволяють стверджувати, що при дотриманні вимог норм про обмеження надлишкової теплової дії інсоляції на людину й оточуюче середовище ступінь затінення території повинен бути, навпаки, якомога більшим у III i IV кліматичній зоні, щоб потім не боротись із перегрівом. У II i I кліматичній зоні ступінь затінення території обмежується для того, щоб забезпечити достатню опроміненість території для проростання трави й зелені у забудові, а у III i IV кліматичній зоні встановлюється нижній рівень 40%, при якому можна запобігти перегріву в забудові. Якщо ж дотримуватися вимог чи рекомендацій "Санітарних норм..." [67] про 10% затінення територій, то у цьому випадку створяться умови для притоку надмірно великої кількості сонячної енергії на відкриті території з низькою щільністю. Тобто при умовній щільності житлового фонду в забудові такого низького ступеня затінення територій, як свідчать дані тих же графіків рисунка 3.30, одержати ніяк неможливо. Цього не можна було б домогтися і у тому випадку, якби було запроектовано житлову забудову згідно з нормами СНиП II-60-75 [76], у яких ще нормувалась щільність житлового фонду. Про це переконливо свідчать графіки на рисунку 3.31, які були побудовані аналогічним чином, як і на попередньому рисунку, але за умови, що щільність житлового фонду в цій забудові буде відповідати нормам СНиП II-60-75 [76]. Дійсно, і при цій щільності досягти такого низького ступеня затінення територій навіть при меридіональній орієнтації будинків буде неможливим.

Рис. 3.32. Рівень затінення території кварталу при розривах із 3-годинним періодом інсоляції: – тіні в напіврічному періоді року; – тіні в дні рівнодення; з них: 1,4 – при меридіональній; 2,5 – при широтній; 3,6 – діагональній орієнтації

Як можемо бачити, і в цьому випадку практично є недосяжним ступінь затінення 10% при діагональній і широтній орієнтації будинків, а від 40^о до 50^о пн.ш. цього можна досягнути лише при меридіональній орієнтації будинків, що у південних районах України якраз і не рекомендується з міркувань мікроклімату. Разом із цим не можемо не згадати, як в реальній забудові Москви у мікрорайоні “Теплый стан” було виявлено ступінь затінення близько 10% при змішаній орієнтації будинків. Така забудова з низькою щільністю мала низькі мікрокліматичні характеристики, на які вказували мешканці. Щоб усунути ці недоліки, було прийнято рішення про ущільнення забудови з одночасним поліпшенням рівня громадського обслуговування і благоустрою території. При розробленні проекту реконструкції вдалося в існуючій забудові розмістити додатково ще майже половину обсягу існуючого житлового фонду із забезпеченням при цьому всіх вимог норм проектування з інсоляції, громадського обслуговування, інженерних мереж і благоустрою зі значною економією грошових витрат порівняно з новим будівництвом такого фонду на неосвоєних територіях.

Порівнюючи графіки, які представлено на рисунках 3.30, 3.31 і 3.32, легко помітити, що рівень затінення території залежить від орієнтації будинків у забудові, географічної широти місця будівництва, величин розмірів між будинками або, інакше кажучи, від щільності забудови й щільності житлового фонду кварталів. Тобто ступінь затінення територій і щільність забудови є характеристиками мікроклімату в просторі між будинками. Очевидно, існує нижня межова щільність забудови, при якій відстані між будинками не можуть бути меншими від межових величин [2], при котрих може виникати радіаційний взаємовплив елементів міської забудови з наступною акумуляцією енергії. За Б.А. Айзенштатом [2], межові відстані в забудові при орієнтації стін на південний захід дорівнюють ПР = 1,6 Н, а для стін західної, східної, південно-східної і південної орієнтації відповідно дорівнюють 1,8 Н, 1,6 Н, 1,1 Н, 0,9 Н. З урахуванням даних проведеного дослідження, а також даних досліджень і розроблених рекомендацій спеціалістами Близького Сходу [94, 97] можна стверджувати, що вимога норм [67] про допустимий ступінь затінення території 10% є нічим і ніяк не обґрунтованим показником, який навіть можна вважати шкідливим через дезорієнтацію проектувальників. Якщо у деяких країнах Близького Сходу в день літнього сонцестояння [94, 97] “постійна незатіненої ділянки” не повинна перевищувати 80%, то у нас, навпаки, норми рекомендують опромінення вільної території більше навіть 90%. В Ізраїлі, наприклад [94], ступінь затінення вільної території в день літнього сонцестояння повинен бути не менше ніж 20%, і в цьому випадку температура в забудові не піднімається вище від комфортних значень.

Усе вищесказане дозволяє стверджувати, що існуюча санітарна норма затінення території потребує істотного коригування. Зокрема, не можемо не погодитися з вимогами норми [67] про заборону цілорічного затінення якої-небудь ділянки території житлової зони, а з другого боку, ступінь затінення вільної від забудови території житлової зони у дні рівнодення повинен бути не меншим від 40% у районах III і IV кліматичної зони, а в районах північніше від 55⁰ пн. ш. у ІІ і І кліматичних зонах ступінь затінення не повинен перевищувати 40%.