В ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВЕ
Климатические факторы
Проектирование и развитие городов в значительной степени базируется на изучении природных условий местности. Климат является одним из наиболее важных факторов, учитываемых в градостроительстве.
Климат - это усредненный, многолетний режим атмосферных явлений, характерный для каждого места Земли. В основном, климат обусловливается географическим положением данного места. На климатические характеристики наиболее существенно влияют широта и высота местности, близость к морскому побережью, особенность растительного покрова.
Сравнительная устойчивость климата объясняется тем, что количество солнечного тепла, получаемого Землей, почти постоянно из года в год. Существенно не изменяется и сама земная поверхность с ее материками и океанами, горами и равнинами на суше, холодными и теплыми течениями в морях и океанах. Воздушные течения в атмосфере, хотя и отличаются большим разнообразием и изменчивостью, имеют свои закономерности, проявляющиеся на протяжении длительного времени.
Климатические особенности сами по себе, т. е. вне их влияния на плодородие земель и сельское хозяйство, имеют из всех физико - географических факторов наименьшее значение для образования и развития современных городов. Общеизвестно, что концентрация населения в городах обусловлена экономическими причинами, а не климатическими особенностями как таковыми. Например, Древний Рим, первый и единственный «город - гигант» античной эпохи, всегда отличался нездоровыми климатическими условиями; Лондон славится своей нездоровой сыростью и пресловутыми туманами; на лагунах построена Венеция; на болотах - Санкт-Петербург.
Однако значение климата в отношении характера планировке застройки, озеленения городов, вплоть до выбора типа и материала жилища, огромно. В градостроительной практике учитываются следующие основные климатические характеристики:
- температура и влажность воздуха;
- ветровой режим на территории;
- приход солнечной радиации.
Температура воздуха определяет выбор теплоизолирующих свойств ограждающих конструкций зданий. Прежде всего, учитывается расчетная температура наружного воздуха в холодный период года. Для теплотехнических расчетов ограждающих конструкций применяют следующие температуры наружного воздуха: среднюю температуру наиболее холодной пятидневки и абсолютную минимальную температуру наружного воздуха. Чем ниже расчетные температуры, тем эффективнее должна быть теплоизоляция стен и дачных перекрытий, плотнее оконные двойные (или даже тройные) переплеты.
При принятии градостроительных решений учитывается среднегодовая температура, средняя температура по месяцам, а также перепад температур, т. е. разность между летними и зимними температурами.
Температура воздуха влияет на планировку жилых кварталов и микрорайонов. От температурного режима зависят расстояния от жилья до учреждений обслуживания, так называемые радиусы доступности. При низких зимних температурах эти радиусы должны быть, возможно, меньше, особенно до детских учреждений. Для северных городов России разрабатываются специальные проекты зданий, связанных между собой утепленными переходами.
Температура воздуха влияет и на планировку квартир. В условиях жаркого климата при высоких летних температурах необходимо предусматривать сквозное проветривание квартир, создание лоджий. Следует иметь в виду, что микроклимат города создает в условиях плотной городской застройки повышенную температуру (на 2 - 3 градуса) за счет сокращения турбулентного ветрового перемешивания воздуха, увеличенной поверхности инсоляции и тепловыделения промышленных объектов и жилья.
Ветровой режим. Ветер - движение воздуха относительно земной поверхности, вызываемое неравномерным распределением атмосферного давления. Ветровой режим учитывается в градостроительстве, прежде всего, с точки зрения выявления господствующих направлений и их скоростей. Наглядно отражает преобладающее направление ветра в данной точке диаграмма ветров.
Роза ветров - это графическое изображение повторяемости ветров (в процентах) по румбам горизонта (рис.3.1).
| ю |
| в |
| с |
| з |
Рис. 3.1. Роза ветров
Роза ветров строится по 8 или 16 румбам - основным географическим сторонам света. По этим направлениям в определенном масштабе откладывают в виде векторов значения повторяемости направлений или значения средних и максимальных скоростей ветра, соответствующие каждому румбу. Концы векторов соединяют ломаной линией. Господствующее направление ветра соответствует самому большому вектору розы ветров, направленному к ее центру. Основанием для построения розы ветров служит многолетний ряд наблюдений на ближайшей метеорологической станции.
На основе анализа розы ветров по направлениям делаются выводы о функциональном зонировании территории, взаимном размещении селитебных и промышленных районов. Промышленные районы с вредными выбросами в атмосферу должны размещаться с подветренной стороны, чтобы они не загрязняли воздух жилых кварталов. Основное направление ветра учитывается также при устройстве аэродромах полос для посадки и взлета самолетов.
В условиях сурового климата севера учет направлений господствующих ветров позволяет организовать ветрозащиту жилой территории. Ветрозащита осуществляется путем использования искусственных ветровых преград (зданий, зеленых посадок высокой ствольной растительности) или естественных преград (использование подветренных склонов, больших массивов существующей зелени).
Характеристика районов по скоростям ветра позволяет проводить мероприятия по ветрозащите или, наоборот, организации проветривания. Оптимальная скорость ветра находится в пределах до 4 м/с. Участки, на которых скорость ветра меньше 1 м/с, относятся к непроветриваемым, а более 4 м/с - к зонам интенсивного проветривания.
В целях ослабления больших скоростей преобладающих ветров корректируется направление улиц в городе. Кроме того, разрабатываются дополнительные ветрозащитные мероприятия, например посадка деревьев, кустарников. В условиях сильных ветров лучшая ветрозащита обеспечивается применением протяженных многосекционных зданий, расположенных поперек господствующего направления ветра. В районах с малыми скоростями ветра, наоборот, следует избегать сложных конфигураций зданий и их большой протяженности. Здесь более предпочтительны здания типа башен, обеспечивающие максимальное сохранение исходной скорости ветра.
Влажность - содержание водяного пара в воздухе, одна из существенных характеристик климата. Абсолютная влажность - количество водяного пара в граммах, содержащегося в 1 м³воздуха. Относительная влажность - это процентное отношение абсолютной влажности к максимальному количеству водяного пара, которое может содержать 1 м³ воздуха при данной температуре.
Влага оказывает огромное влияние на теплозащитные качества ограждающих конструкций. Известно, что вода - прекрасный проводник тепла, а воздух, особенно сухой, обладает теплоизоляционными свойствами. Поэтому теплоизоляционные материалы с большим количеством пор, заполненных воздухом, имеют прекрасные теплозащитные свойства. Однако при проникновении влаги теплоизоляционная способность любого материала резко ухудшается. Кроме того влага растворяет химические вещества, которые приводят к быстрому разрушению материалов.
Таким образом, повышенная влажность снижает теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций зданий, стимулирует процесс коррозии металлов, разрушения материалов. Поэтому влажность воздуха учитывается при выборе материалов для теплоизоляции и конструкций зданий.
Кроме того, повышенная влажность воздуха сильно ухудшает теплоощущения людей. При низких температурах влажность создает впечатление особой дискомфортности. Даже не очень холодная погода при этом воспринимается отрицательно, в то же время даже сильные морозы при сухой, ясной погоде переносятся легко. В жарком климате влажность также действует дискомфортно, влажная жара переносится человеком весьма тяжело.
Ощущения человека во многом зависят от совокупности трех факторов:
- температуры;
- влажности;
- скорости движения воздуха.
Так, при температуре 19°С, влажности 50% и неподвижном воздухе человек испытывает приятное ощущение нормальной комнатной температуры. При той же температуре и влажности, но при движении воздуха со скоростью 0,5 м/с - ощущение, характеризуемое понятием «прохладно», а при скорости 2,5 м/с - человеку становится холодно. А при температуре 24°С, неподвижном воздухе, насыщенном водяными парами, получается ощущение духоты. При той же температуре и влажности, но при скорости ветра 1 м/с - приятное ощущение нормальной температуры.
Инсоляция - облучение прямыми солнечными лучами какой - либо горизонтальной, вертикальной или наклонной поверхности. Это качественная характеристика, определяемая временем освещения.
Нормативная продолжительность инсоляции определена в СНИП 2.07.01 - 89 и зависит от климатической зоны. В зоне, расположенной севернее 58° с. ш., продолжительность непрерывной инсоляции с 22 апреля по 22 августа должна быть не менее 3 часов в день. Для зон южнее 58° с. ш. с 22 марта по 22 сентября - не менее 2,5 часов. Размещение и ориентация зданий детских дошкольных учреждений и общеобразовательных школ, учреждений здравоохранения должны обеспечивать непрерывную трехчасовую продолжительность инсоляции.
При реконструкции жилой застройки или при размещении нового строительства в особо сложных градостроительных условиях (исторически ценная городская среда, дорогостоящая подготовка территории, зона общегородского и районного центра) допускается снижение продолжительности инсоляции помещений на 0,5 часа.
Инсоляция учитывается при организации застройки и выборе территории. Жилая застройка должна обеспечивать равномерное освещение квартир и участков жилой территории, предназначений для отдыха и спорта населения.
В климатических зонах с умеренным климатом здания располагают на местности так, чтобы максимально увеличить продолжительность инсоляции. В условиях выраженного рельефа для жилой застройки и размещения участков детских учреждений и зон отдыха выбираются преимущественно южные склоны, хорошо инсолирумые и с хорошим микроклиматом.
В зонах с жарким климатом, наоборот, предусматривают солнцезащитные мероприятия. Благоустройство территории включает себя устройство навесов, зеленых насаждений с густой разветвленной кроной, сокращающих время прямого солнечного облучения территории.
Инсоляция отдельного здания зависит от его ориентации его сторонам горизонта. Различают меридиональную, широтную и промежуточную ориентацию здания.
При меридиональной ориентации здания располагают основными осями по направлению север - юг. Такая ориентация обеспечивает равномерную инсоляцию обоих фасадов и минимальную площадь участков постоянного затенения. Однако ее недостатком является то, что в околополуденные часы, когда солнечные лучи больше всего богаты ультрафиолетом и теплом, инсолируется лишь торцевая часть зданий.
При широтной ориентации здания располагают основными осями по направлению запад - восток. Здесь инсолируется только один (южный) фасад зданий. Прямые солнечные лучи не попадают в комнаты, ориентированные на север.
При промежуточной ориентации зон постоянного затенения нет, все четыре фасада здания имеют инсоляцию, однако неравномерную.
Освещение группы зданий зависит, кроме того, и от расстояния на котором находится одно здание от другого, а также от высоты соседнего здания. Для применения вида ориентации зданий на местности учитываются также композиционный прием застройки и рельеф местности.
Кроме рассмотренных факторов, большое значение в градостроительстве имеют и другие элементы климата. Например, величина осадков на данной территории учитывается при инженерном благоустройстве территории, расчете водосборного бассейна, регулировании поверхностного стока и проектировании ливневой канализации.