Klimatukr_lektsii_2005

Лекція 4

Вплив погодних умов на експлуатацію будівель

4.1. Типи погоди

В будівельній кліматології застосовується розподіл клімату на типи погоди (за А. А. Гербут - Гейбовічем) в залежності від температури, швидкості вітру і відносної вологості. Підрозділяють сім типів погоди, їх характеристики приведені в табл. 4.1.

Таблиця. 4.1 - Типи погоди

		Середнємісячна	Среднємісячна	Среднємісячна
№	Тип погоди	температура	відносна вологість	швидкість
		повітря, °С	повітря, %	вітру, м/с
1	2	3	4	5
1	Жарка	≥ 40	≤ 24	-
	(сильний перегрів при	≥ 32	25 - 49	-
	нормальній і високій	≥ 25	≥ 50	-
	вологості)
2	Суха жарка
	(сильний перегрів при	32 – 39,9	≤ 24	-
	низької вологості)
3	Тепла	24 – 27,9	50 - 74	-
	(перегрів)	20 – 24,9	≥ 75	-
		24 – 31,9	≤ 24	-
		28 – 31,9	25 - 49	-
4	Комфортна	12 – 23,9	≤ 24	-
	(тепловий комфорт)	12 - 23,9	50 - 74	-
		12 – 27,9	25 - 49	-
		12 – 19,9	≥ 75	-
5	Прохолода	4 – 11,9	-	≥ 0
6	Холодна	-35,9 4	-	≤.1,9
	(охолодження)	-27,9 4	-	2 – 4,9
		-19,9 4	-	5 – 9,9
		-11,9 4	-	≥ 10
7	Сувора	≤ -36	-	≤ 1,9
	(сильне охолодження)	≤ -28	-	1 - 4.9,
		≤ -20	-	5 – 9,9
		≤ -12	-	≥ 10

З таблиці 4.1 видно, що для жаркої, теплої і комфортної погоди важливим є сполучення температури і відносної вологості повітря, а для прохолодної, холодної і суворої погоди характерним є сполучення температури повітря і швидкості вітру.

По сполученні температури і швидкості вітру визначається також вітроохолодження. По цьому параметру будують так звану розу вітроохолодження, яка виявляє найбільш неблагоприємні напрями для місцевості при забудові її житловим масивом.

Організм людини має здатність відчувати коливання метеопоказників в деяких межах, які одержали назву побутових порогів відчування (див. табл. 4.2)

Таблиця 4.2 - Метеопоказники

№		Величина порогу
	Метеопоказники
1	Температура повітря, °С	0,5
2	Добова амплітуда температури повітря, °С	8
3	Відносна вологість повітря, %	10
4	Інтенсивність прямої сонячної радіації, Вт/м2	50
5	Вітер зі швидкістю до 1м/с, м/с	0,2
6	Теж саме, від 1 до 6 м/с, м/с	0,5
7	Температура підлеглої поверхні, °С	10
8	Інтенсивність інфрачервоної радіації, Вт/м2	24

З урахуванням цих порогових величин призначається біокліматична (в балах) оцінка території і виявляються періоди негативного впливу погоди на людину.

А – теплий період року

Темпера				хмарність у балах
тура		0-4			5-7			8-10
повітря				швидкість вітру, м/с
	0-2	2,1-4	4,1-6	0-2	2,1-4	4,1-6	0-2	2,1-4	4,1-6
41,9-	перегрів середовища
39,0
38,9-					жарка погода
36.0
35,9-
33,0
32,9-					тепла погода
30,0
29,9-
27,0
26,9-
24,0
23,9-					комфортна погода
21,0
20,9-
18,0
17,9-
15,0
14,9-						прохолодна погода
12,0
11,9-9,0

Б –холодний період року

			швидкість вітру м/с
	0-2	2,1-2,5	2,6-4,0	4,1-4,5		4,6-5,0	більше 5,0
від 0 до –	прохолодна погода 1х
5,0
-5,1 - -10,0
-10,1 - -15,0			холодна погода 2х
-15,1 - -20,0
-20,1 - -25,0
-25,1 - -30,0
-30,1 - -35,0					сувора погода 3х
-35,1 - -40,0

Рис. 4.1. Біоклімотична класифікація погодних умов

4.2. Режими експлуатації житла

За типом погоди призначаються режими експлуатації житла. Є чотири режими: ізольований, закритий, регульований та відкритий.

Житло при жаркій погоді.

Захищає людину (див. рис. 4.2а) від перегріву, гіперінсоляції і духоти. Режим експлуатації - ізольований. Характерні об’ємно-планувальні рішення будинків з мінімальним постачанням тепла з зовні, відкриті помешкання для вечірнього і нічного перебування, використання охолоджуючої дії ґрунту, вікна зачинені, щільні, повне кондиціювання, примусова вентиляція. Запобігати випалювального кондиціювання та радіаційного охолодження.

В умовах міста затінення і аерація не додають комфорту, важливе завдання планування і забудови - уловлювання вітру.

Житло при жаркій сухій погоді.

Захищає людину (див. рис. 4.2б) від сильного перегріву. Режим експлуатації - закритий. Характерні компактне об’ємно - планувальне рішення будинків, відкриті середовища для вечірнього і нічного перебування; необхідні повітрянепроникливість і теплозахисні властивості огородження. Вікна зачинені, захищені від сонця, штучне охолодження; використовування охолоджуючої дії ґрунту. В умовах міста активне затінення і обводнення ведуть до пом’якшення зовнішніх умов.

Житло при теплій погоді.

Захищає людину (див. рис. 4.2в) від легкого перегріву. Режим експлуатації - регульований (напіввідкритий). Характерні активне провітрювання приміщень, відкриті приміщення - лоджії, веранди, тераси, приквартирні дворики; трансформація середовища і огородження в добовому ході; відкриті вікна при присутності сонячнозахисних пристроїв, механічні вентилятори-фени. В міському середовищі передбачаються затінення і аерація.

Житло при комфортній погоді.

Житло не має кліматозахистних властивостей.(див. рис 4.2г). Режим експлуатації— відкритий. Приміщення безпосередньо зв’язані з навколишнім середовищем. Не обов’язкові огороджуючи конструкції з високими теплоізолюючими властивостями, опалювальне і охолоджуюче обладнання. Типовими є лоджії, веранди, активний природний обмін повітря. Час перебування людини на зовнішньому просторі не обмежується, хоч доцільними є інсоляція або затінення.

Нижньою позначкою температури зовнішнього повітря є 12 оС, коли в капітальному житлі.

Житло при прохолодній погоді.

Захищає людину (див. рис. 4.2д) від легкого охолодження. Режим експлуатації - регульований (напіввідкритий). Характерні орієнтація помешкань на сонячний бік горизонту, в помешканнях - достатність місця для зберігання верхнього одягу; обмін повітря крізь кватирку, фрамуги; трансформація і необхідна повітрянепроникливість огородження; опалювальні пристрої малої потужності, накопичення внутрішнього тепла.

В умовах міста захист від вітру і використання інсоляції утворюють умови, наближені до комфортних.

Житло при холодній погоді.

Захищає людей (див. рис. 4.2е) від сильного охолодження. Режим експлуатації закритий. Характерні: компактне об’ємно - планувальне рішення з мінімальними тепловтратами, ізольовані опалювальні сходи, шафа для верхнього одягу, необхідна повітря проникливість і достатні теплозахисні властивості огородження, вікна зачинені, ущільнені, центральне опалювання середньої потужності, витяжна канальна вентиляція.

Рис. 4.2. Ілюстрації до режимів експлуатації житла

В умовах міста ефективний захист від вітру і використання сонця пом’якшують умови охолодження, але комфорту не створюють.

Житло при суворій погоді Захищає людину (див. рис. 4.2ж) від вкрай сильного охолодження. Режим експлуатації -

ізольований. Характерні: максимально - компактні об’ємно - планувальні рішення, мінімальні тепловтрати, ізольовані опалювальні сходи, подвійні тамбури при входах, занадто великі повітрянепроникливість і захисні властивості огородження, опалення великої потужності, примусова вентиляція з підігрівом і зволоженням повітря.

В умовах міста різке обмеження перебування людей на вулиці, ефективний захист від вітру пом’якшує умови охолодження, доцільні теплі переходи поміж житлом і підприємствами, зимові сади та рекреації.

Для кожного району забудови встановлюються типи погоди по місяцям і призначаються режими експлуатації житла. При достатній інформації є можливість установити типи погоди окремо для ночі і дня.

4.3. Типологія житла

Взалежності від типу погоди рекомендуються відповідні типи забудови і житла. Об’ємно планувальні рішення поділяються на декілька градацій - від максимально ізольованої до повного їх взаємопроникнення.

За коефіцієнт компактності приймається відношення периметру до площини квартири, який може коливатись від 0,2 на півночі до 0,4 на півдні (галерейні будинки з вузьким корпусом або секційні з великою зрізаністю плану). Для масових громадських будинків типовими є централізовані, блочні або павільйонні рішення, які відрізняються ступеням компактності. За ступенем компактності і відкритості класифікується також забудова.

Суттєву роль має відношення площини відкритих літніх приміщень до корисної площини квартир. Воно свідчить про ступінь зв’язку внутрішнього і зовнішнього середовища.

Додатковими характеристиками вважаються “трансформативність” та “орієнтованість” огороджувальних конструкцій, яка обумовлюється сезонною і добовою ритмікою зміни зовнішнього середовища.

Орієнтованість - направленість архітектурного рішення, яка обумовлюється векторним (напрямком) характером дії на архітектуру таких факторів, як сонце і вітер.

За класифікацією погод Україна підпадає під перехідний від помірного (холодна погода триває 6 - 7 місяців, комфортна – 3) до теплого клімату (тепла погода більше 2 місяців, жарка – 1).

Житлове середовище в умовах помірного клімату характерне значною компактністю об’ємно планувальних рішень та ізольованістю внутрішнього середовища терміном 6 - 8 місяців. Типовими

єцентралізовані та блочні системи планування громадянських будинків. Проявляються тенденції будівель і до появи відкритих (літніх) помешкань обмеженої площини. Роль зовнішнього середовища значна; рослини мають велике функціональне (захист від вітру і снігу), а також композиційне значення.

Повинно використовувати забудову значної компактності, з використанням секційних і коридорних меридіональних та широтних будинків звичайного типу, з радіусом пішохідної доступності транспорту 500 м, площини зелених насаджень 5 - 10 м2/люд, щільність житлового фонду на 1га території 4800 м2 при 5 поверхах і 6300 м2 при 9 поверхах.

Вмісцевостях з сильними вітрами характерні орієнтовані вітрозахисні рішення.

Житловому середовищу в умовах теплого клімату характерно значний диференційований ступінь об’ємно планувальних рішень. Активне використання озеленених та затінених відкритих просторів, високий ступінь взаємопроникнення внутрішнього і зовнішнього середовища на протязі всього року.

Поміж зовнішнім середовищем і помешканнями квартир рекомендується влаштовувати озеленений біля домовий простір з покрашеним мікрокліматом, затіненням, провітрюванням, обводненням. Житло повинно бути відкритим в бік цього простору.Засоби планування масових громадянських будівель - примусово блочний та павільйонний. Типові активне провітрювання, захист від сонця, сезонна і особливо добова трасформативність, збільшені площини відкритих просторів.

Лекція 5

Інсоляція житлової забудови

5.1. Загальна інформація про інсоляцію

Інсоляція (лат. insolatio, от insolo – виставляю на сонце) – випромінювання поверхонь і

простору сонячною радіацією – важливий фактор формування клімату.

Сонячне світло – це безцінне невичерпне джерело всіх форм життя на Землі. При рішенні архітектурно-будівельних задач архітектори повинні турбуватися про те, щоб це джерело було максимально використовано. Питання інсоляції забудови і будинків повинні одержати найбільш правильне рішення, що сприятиме підтримки здоров’я людини.

Дія інсоляції має двоякий характер (табл. 5.1):

-вона благотворна і економічно доцільна, тому необхідно забезпечити доступ сонячного світла у міські простори та інтер’єри будинків на всіх географічних широтах;

-вона ж визиває перегрів, світловий дискомфорт, ультрафіолетову надвипромінність і надвитрати енергії на регулювання мікроклімату в будинках, що потребує захисту від неї.

Таблиця 5.1 – Позитивна та негативна дія інсоляції

Аспект дії

Позитивний ефект

Негативний ефект

інсоляції

Загальнооздоровчий ефект (загар,

Фотохімічна токсичність газів в

виникнення вітаміну D, обігрів),

містах,

перевипроміненість

і

Біологічний

сануючий

ефект,

покращення

канцерогенність,

перегрів

функцій

зору при

комфортних

(загальний і місцевий) і світовий

освітленості

та контрастності

дискомфорт,

руйнуюча

дія

на

освітлення)

живу клітину, матеріали

“Сонячність освітлення”, динаміка

Зниження

активності і

настрою

Психологічний

розподілу

яскравості

і

при світловому

дискомфорті

і

кольористості в полі зору, зв’язок

перегріву

з оточуваючим простором

Виявлення

простору,

форми,

Зниження

сприйняття

форми

і

пластики, силуету і кольорових

відчуття насиченості кольору при

Естетичний

відношень,

ритму

елементів

надмірних

яскравостях,

архітектури і “живописності”

погіршення кольору поверхонь

композиційних рішень

Природне

джерело

додаткового

Підвищення

витрат

на

обігріву

приміщень,

скорочення

вентиляцію

і

кондиціонування

Економічний

площі світопройомів,

підвищення

повітря,

зниження

рівня праці і працездатності,

продуктивності

праці

і

скорочення

витрат

по

оплаті

працездатності

при тепловому і

листів непрацездатності

світловому дискомфорті

Необхідно, щоб промені сонця крізь вікна поникали в житлові кімнати і опромінювали їх. Приблизно 3 - 4 години інсоляції дають людині мінімально необхідну профілактичну дозу випромінювання, яка дорівнює 1/8 - 1/10 еритемної дози, при оптимумі 1/4. Доказано, що звичайне одинарне скло пропускає ультрафіолетове випромінювання (35 - 45% потоку).

Гігієнічний оптимум орієнтації кімнат для широт на північ і південь від 50° північної широти представлені в таблиці 5.2.

Таблиця 5.2 - Рекомендована орієнтація кімнат

Житлові
помешкання	На південь від 50°			На північ від 50°
	Рекомендована		Допустима	Рекомендована		Допустима
Спальні,				Півд.,
дитячі	Півд.		Півд-Сх.	Півд-Сх.		Півд-Зах.
Загальні кімнати	Півд.,		Сх., Півн-Сх.	Півд., Сх.,		Півн-Сх.,
Їдальні, гостьові,
Кабінети	Півд-Сх		Півн-Зах.	Півд-Сх.		Сх.

5.2.Координати Сонця

При виконанні інсоляційних розрахунків необхідно знати координати Сонця, які встановлюють його положення на небосхилі в заданий момент часу.

Щоб уявити собі видимий “рух” Сонця по небосхилу і знайти його координати, слід звернутися до “сонячного стереону”, як це зробив ще Вітрувій.

Небосхил представляє собою напівсферу, що спирається на горизонтальне коло, в центрі якого знаходиться точка О, що розглядається. Через цю точку проходять полуденна лінія Південь

–Північ (Пд – Пн) і лінія Схід – Захід (Сх – Зх), які визначають орієнтацію в даної точки (рис. 5.1

–всі позначки російською мовою).

Рухаючись по колу, Сонце займає на небосхилі в даний момент визначене положеня, що може характеризуватися двома координатами – висотою стояння h і азимутом (кутом між

		полуденною лінією і горизонтальною проекцією
		сонячного променю, який направлений до точки О
		від центру сонячного диску).
		Азимут відкладається від Півдня до Півночі.
		Кожен новий день траєкторія руху Сонця буде
		вище або нижче попереднього дня, відрізняючись на
		деяку кутову величину , котра називається
		склонєнієм. На протязі року .величина склонєнія
		змінюється	від –23,4о до +23,4о, двічі переходячи
		через нуль.	Нульове значення склонєнія буває			в ті
		дні, коли Сонце сходить точно на Сході і заходить
		точно на	Заході.	При цьому	день	буде
	Рис. 5.1. Схема видимого руху Сонця по	дорівнюватися ночі по тривалості. Відомо, що 22
	небосхилу. Координати Сонця
		березня має місце день весняного рівнодення, 22
		вересня – день осіннього рівнодення.
	Після весіннього рівнодення склонєніе приймає		позитивне	значення и	досягає	свого

максимуму в день літнього сонцестояння – 22 червня. Далі склонєніє зменшується і в день осіннього рівнодення знову становиться рівним нулю, після цього приймає від’ємні значення. Свого мінімуму склонєніє досягає 22 грудня в день зимового сонцестояння. Після чого воно знову починає збільшуватися і.т.д.

За 24 години Сонце “проходить” по небосхилу повне коло в 360о. При цьому 1 година буде складати 15о. При розрахунку координат Сонця час відраховується в градусах від лінії, що утворюється перетинанням вертикальної площини, яка проходить через полуденну лінію, з площиною, в якій лежить видимий шлях руху Сонця по небосхилу (рис. 5.1).

Для географічного пункту площина, в котрій находиться видимий шлях руху Сонця по небосхилу, має

Рис. 5.2. Траєкторії руху Сонця на екваторі ( = 0о) і на полюсах ( = 90о)

нахилі відносно вертикальній лінії на кут , який зветься географічною широтою місцевості. При цьому, на екваторі, де = 0о, площини видимого руху Сонця вертикальні, а на плюсах, де

= 90о, - горизонтальні (рис. 5.2 – позначки російською мовою).

Координати Сонця на небосхилі залежать від склонєнія, часу суток і географічної широти. Взаємозв’язок між цими параметрами знаходиться із наступних залежностей

	Sinh Sin Sin		Cos Cos Cost ,	(5.1)
	Sin	S int Cos	,	(5.2)
		Cosh

Данні формули дозволяють з достатнім ступенем точності знаходити координати Сонця.

5.3. Нормування інсоляції

Для потреб найбільш ефективного використання благотворної дії сонячної радіації та обмеження негативного впливу введено нормування інсоляції.

Нас всюди оточує бактерицидне середовище. Хвороботворні бактерії постійно знаходяться в приміщеннях, переносяться з приміщення в приміщення, із будинку в будинок через одяг, взуття і т.п. Сонячні промені негативно впливають на ці бактерії та їх розвиток, що підтверджується чисельними експериментами. Високий бактерицидний ефект досягається при 2 – 4-х годинному безперервному випромінюванні культури шлункової палички на відстані 0,5 м від вікна на рівні столу. На засадах цих досліджень було встановлено, що критерієм оцінки інсоляції на даному

етапі розвитку цієї науки являється тривалість випромінювання сонячної радіації в годинах.

В містобудівельних нормах України [16] говориться, що розміщення та орієнтація житлових та цивільних (за винятком дитячих дошкільних закладів, загальноосвітніх шкіл, шкіл-

інтернатів) повинні забезпечувати тривалість інсоляції житлових приміщень, що визначені

нормами, і територій не менше 2,5 години на день на період з 22 березня по 22 вересня на південь від 58о північної широти.

Розміщення та орієнтація будинків і дитячих дошкільних закладів, загальноосвітні дисципліни х шкіл, шкіл-інтернатів, закладів охорони здоров’я і відпочинку повинні

забезпечувати безперервну трьохгодинну тривалість інсоляції в приміщеннях, передбачених Санітарними нормами і правилами забезпечення інсоляцією житлових і цивільних будинків

ітериторій житлової забудови.

Вумовах забудови будинками в 9 поверхів і вище допускається одноразове переривання інсоляції житлових приміщень в умовах збільшення сумарної тривалості інсоляції на протязі дня на 0,5 години відповідно для кожної зони.

Вжитлових будинках меридіонального типу, де інсолюються всі кімнати, а також при реконструкції житлової забудови або при розміщенні нового будівництва в особливо складних містобудівельних умовах (історично цінне міське середовище, дорога підготовка території, зона загальноміського і районного центру) допускається скорочення тривалості інсоляції приміщень на 0,5 години.

У ІІІ – IV кліматичних зонах необхідне захист будинків і територій від перегріву шляхом використання вільної, добре провітрюваної, забудови, озеленення, обводнення, використання сонцезаистнихх пристроїв. Необхідно забезпечить зв’язок житлової забудови з благоприємними в природному відношенні ландшафтами, рівномірний розподіл забудованих і відкритих озелененнообводнених територій.

При проектуванні житлових будинків вводяться вимоги к інсоляції квартир:

-в одно-, трьохкімнатних квартирах повинна бути забезпечена інсоляція не менше одної

кімнати;

-в чотирьох, шестикімнатних – не менше двох кімнат;

-в гуртожитках сумарна площина інсольованих житлових кімнат повинна складають не менше 60 %.

Крім того, всі південні райони СНД за сонцезахистом поділені на три групи. До першої відносяться райони з середньою температурою найбільш жаркого місяця tжм 28оС, потребують сонцезахисту при всіх орієнтаціях. До другої – райони з tжм 26оС, потрібен сонцезахист в межах 45 – 315о по горизонту. До третьої – райони з tжм 26оС, потрібен сонцезахист в межах 70 – 290о.

При проектуванні промислових будівель фактором, що визначає необхідність захисту приміщень від перегріву, являється тривалість періоду з среднєдобовою температурою зовнішнього повітря tн 20оС. існує карта кліматичного районування території СНД для вибору сонцезахисних пристроїв в залежності від цього фактору:

I зона – менше 20 діб на рік з tн 20оС – захист приміщень від перегріву не рекомендується; II зона – 20 – 40 діб – захист рекомендується в вигляді внутрішніх і поміж скляних

сонцезахисних пристроїв (СЗП). До цієї зони відноситься північ України в тому числі і м. Київ;

III зона – 40 – 60 діб – в вигляді поміж скляних і зовнішніх пристроїв. До цієї зони відноситься середня смуга України;

IV зона – 60 – 100 діб – зовнішні СЗП в сполученні з теплозахистними склінням. До цієї зони відноситься південь України;

V зона – більше 100 діб і високий температурний фон – зовнішні СЗП, теплозахисне скління і технічне регулювання мікроклімату.

Інсоляція території забудови також повинна бути не менш 3 години. Це стосується зон повсякденного перебування людей - дитячі ігрові майданчики, спортивні майданчики, зони відпочинку і т. і.

5.4. Інсоляційні розрахунки

Оптимальний інсоляційний режим забезпечується шляхом прямого сонячного випромінювання в необхідній кількості і в визначений час. При проектуванні містобудівельної ситуації, будинків і приміщень виникає необхідність у визначенні умов інсоляції та її оптимізації. Це досягається проведенням інсоляційних розрахунків.

Розрахунки інсоляції охоплюють рішення задач трьох основних типів.

1.Знаходження часових характеристик інсоляції (тривалість: початок і кінець; затіненість приміщень, фасадів, ділянок територій і т.д.).

2.Встановлення геометричних характеристик ділянок, що інсолюються або затіняються: побудова годинних і добових конвертів: тіней від будинків на генеральному плані та інсоляції на робочих площинах в приміщеннях).

3.Визначення затінення приміщень оточуючої забудови, знаходження придатних відстаней поміж будинками, розрахунок сонцезахисних пристроїв (СЗП).

Розрахунки виконують за допомогою наступних методів: аналітично і графічно з використанням діаграм, таблиць и графіків; експериментально в лабораторних або натурних умовах.

Умови інсоляції визначаються методом проекцій з числовими відмітками. Якщо спостерігати добовий хід тіні від стержня, що стоїть в центрі небесної півкулі, то можна помітити, що в день літнього або зимового сонцестояння (21 червня і 21 грудня) тінь від верхньої точки стержня буде криволінійною (рис. 5.3 а, б). А в період весіннє-осіннього рівнодення (22 березня і 22 вересня) вона буде у вигляді прямої лінії, яка паралельна до прямої, що з’єднує точки сходу і заходу Сонця

(рис. 5.3 в).