АВТОРЕФЕРАТ_Гиясов А.И. Регулирование микроклимата застройки городов в условиях жаркого штилевого климата
 Скачать 279.9 Kb.
|
|
10 погодных условий, во многих городах Центральной Азии и Закавказья. Лето длится 4 месяца, в дневное летнее время преобладают высокие температуры (до +45°С), слабые ветры и штиль (до 3м/с). Климатический анализ территории Азиатских, Африканских, Амери- канских и Европейских стран также показывает наличие в них городов, ха- рактеризующихся жарким штилевым климатом. Санитарно-гигиенические критерии оценки таких климатических усло- вий в масштабах городской застройки относят к наиболее тяжелым для чело- века, где он испытывает жару и духоту, которые значительно снижает его жизнедеятельность и работоспособность. Гигиенисты рекомендуют сниже- ние жары обязательно сопровождать развитием движения воздуха на терри- тории застройки и в зданиях. Для современного городского строительства характерно резкое увели- чение этажности и плотности застройки. При этом создаются новые условия инсоляции и аэрации территории и помещении зданий, в которых традицион- ные способы регулирования тепло-ветрового режима оказывается малоэф- фективным. В связи с этим имеющиеся средства регулирования тепло- ветрового режима застройки и помещении зданий подлежат всестороннему изучению и должны быть скорректированы и систематизированы с учетом жарко-штилевых условий климата. Действующие СНиП, РСН, рекомендации и методические указания определяют условия проектирования и строительства зданий и застройки соответственно их географическим особенностям, в том числе и для городов южных республик СНГ. В них даются общие указания по борьбе с перег- ревом, а вопрос борьбы с перегревом в городах с жарким штилевым клима- том оказался вне их рассмотрения. Все это указывает на необходимость изучения и поиска возможных путей и средств эффективного регулирования тепло-ветрового режима, разработкой расчетного метода прогнозирования, составлением методических основ и практических рекомендаций. По результатам рассмотрения состояния вопроса можно отметить следующее: -регион Центральной Азии отличается большой вероятностью солнеч- ного сияния; высокими показателями солнечной радиации и температуры воздуха (до +45°С) и подстилающих поверхностей территории, стен и крыши зданий (до +70°С); наличием городов с маловетренными и штилевыми вет- ровыми условиями; наличием сложного рельефа; -на фоне климатических показателей региона в городе складывается своеобразный климат со значительными микроклиматическими особенностя- ми и различиями на отдельных участках его застройки; -на территории новой застройки и в жилище температура воздуха превышает (+40...+45°С и +30...+33°С соответственно) допустимые гигиени- ческие показатели, а подвижность воздуха значительно ниже (до 2м/с и 0,01...0,05м/с соответственно) допустимого и является проблемой, требую- щей своего разрешения; 11 -одноэтажные и малоэтажные поселения по своим масштабам вписыва- ются в природный ландшафт, не нарушая его, в то время как крупный город (например, Душанбе, Бишкек, Алма-Ата) с многоэтажной застройкой изме- няет ландшафт, создавая свою, специфическую климатическую среду, в част- ности, может служить причиной разрушения механизма бризовых ветров; -можно выделить основные моменты, связанные с многоэтажной зас- тройкой, играющие отрицательную роль в борьбе с перегревом: зеленые на- саждения в состоянии экранировать только территорию и нижние этажи зда- ний, оставляя верхние открытыми для действия инсоляции; значительные разрывы между домами лишают их возможности экранирования друг друга от солнечной радиации; светопроемы помещений выходят на облучаемую поверхность стен, получая всю суммарную радиацию; имеющиеся лоджии и балконы усложняют обеспечение сквозного проветривания; ограждающие конструкции являются теплопроводными с активным накоплением тепла; -территории Центральной Азии и ряда зарубежных стран, располо- женные в южных широтах, имеют весьма благоприятные возможности для широкого использования энергии солнца во взаимодействии с деятельной поверхностью застройки для улучшения микроклимата. Вторая глава посвящена изучению естественной аэрации городской застройки путем выявления механизма теплофизических и аэродинамических процессов при инсоляции деятельной поверхности города (покрытий проездов, дорожек, площадок, поверхности стен и зеленых насаждений). Данная глава носит теоретический характер, где на основе расчета и анализа сформулированы теоретические основы оценки аэродинамических процессов городской застройки. С повышением в городе этажности возрастает роль застройки в форми- ровании микроклиматического режима территории, что выражается в изме- нении аэродинамических характеристик застройки, в соотношении между нагреваемыми поверхностями и зеленью, в колебаниях величин температур и относительной влажности воздуха. Проанализировав классификацию местных ветров, возникающих в пограничном слое, применительно к городским многоэтажным застройкам отмечается, что местные ветры, формирующиеся в городах это воздушные течения небольшой протяженности (от нескольких метров до десяти кило- метров), порожденные особенностями и структурой деятельной поверхности застройки, а также условием инсоляции. Сила и мощность местных ветров определяется интенсивностью термо- и аэродинамических процессов, проис- ходящих между городом - пригородной зоной и взаимоконтрастными очага- ми микроклимата застройки. Особенности, вызванные неоднородностью наг- ревания различных участков застройки при инсоляции, создают поля микро- ветра и температуры. В результате масштабного изучения механизма развития и распрос- транения местных ветров обуславливаемые условием инсоляции городской территории: 12 -определена модель формирования макроаэрации, мезоаэрации и микроаэрации, а также произведена классификация местных ветров подлежа- щие учету при проектировании застройки; -составлена физико-математическая модель, позволяющая путем расче- та прогнозировать естественную аэрацию инсолируемой городской застройки; -определена взаимосвязь между местным и фоновым динамическим ветром в процессе аэрации городской застройки; -количественно и качественно оценен тепло-ветровой режим воздуш- ной среды над разноинсолируемыми островами тепла и прохлады городской территории с установлением скорости микроветра между ними и степени их влияния на окружающую среду; -разработана методика расчета тепловой трансформации воздуха на ЭВМ, позволяющая установить влияние адвективного распределения город- ской температуры на относительно прохладную загородную территорию и рассчитать влияния систем зеленых массивов, обводненных территорий, еди- ничного теплового пятна на прилегающую городскую территорию; -разработаны, в отличие от аналогов, универсальная и практичная кон- струкция инсоляционного прибора планшетного типа и светопланограмма для прогнозирования инсоляционного режима и выявления степени затене- ния городской территории разноэтажной застройкой, зелеными насаждения- ми, навесами. Инсоляционный прибор, предназначен для оптимизации объ- емно-планировочного решения городской структуры и зданий, благоуст- ройства, озеленения территории и архитектурно-конструктивного решения ограждающих конструкций, летних помещений, солнцезащитных устройств. Третья глава посвящена теоретическим расчетам и эксперименталь- ным исследованиям тепло-ветровых процессов на физических моделях застройки и зданий. Целью настоящей главы является установление энергетических основ и факторов тепло-ветрового режима застройки, разработка инженерного ме- тода расчета аэрации жилой застройки и зданий. Изучение естественного проветривания застройки производилась с учетом конвективных потоков от городских островов тепла, нагреваемых стен, крыш зданий и искусственных подстилающих поверхностей террито- рии. При этом в качестве критерий оценки режима аэрации использовались следующие показатели: средняя скорость динамического ветра; средняя ско- рость ветра термического происхождения (местного ветра); степень провет- риваемости территории. Взаимодействие динамического ветра со зданиями застройки с разным инсоляционно-термическим условием поверхностей изучалось на физичес- кой модели элементов застройки в «метеорологической трубе», рабочее сече- ние которой равна 3,6хЗ,6м, длина 45м. Моделирование фрагментов застрой- ки, выполненной в масштабе 1:50 натуральной величины, производилась на основе теории подобия согласно ранее апробированного автором методу. 13 Испытаниями, проведенными на модели застройки, установлено, что ветер, обдувая здания с нагреваемыми фасадами, крышами и прилегающими территориями, наталкивается на них как на преграду с воздушной тепловой подушкой и деформируется вокруг зданий, образуя зоны с течениями, отли- чающимися, от течения в невозмущенном потоке. При маловетрии (до 5м/с) отмечается увеличение толщины вытеснения натекающего воздушного пото- ка с инсолируемых плоскостей зданий и подстилающих поверхностей, обус- лавливающая давлением, создаваемым архимедовой силой. Меняется харак- тер и размеры циркуляционной зоны. При этом аэродинамические характе- ристики циркуляционной зоны с выявлением требуемого значения коэффи- циента снижения скорости, а также установленные границы зоны снижения и затишья ветра имеет важное значение в архитектурно-планировочных решениях. Экспериментальные исследования, проведенные продувкой тепловой модели в «метеорологической трубе» позволили установить физическую сущность качественных и количественных картин вихрей между двумя параллельными зданиями при инсоляции поверхностей застройки. На основе обобщения результатов исследований сформулирована физико-математическая модель вихрей междомового пространства, пред- назначенные для прогнозирования тепло-ветровых процессов застройки при штилевых и ветренних погодных условиях. Экспериментальные и теоретические исследования аэродинамических характеристик зданий и застройки при отсутствии и наличии теплового напора от инсолируемых поверхностей и при ветре разной скорости и нап- равления позволили разработать методику аналитического расчета вихря в вариантах междомового пространства и ветровой тени за зданием," а также метода расчета аэрации микрорайона. При обтекании здании динамическим ветром расчет длины циркуляционной зоны производится по формуле (1) где — коэффициент циркуляции, принимается в зависимости от параметра здания и скорости ветра; Н- высота здания, м; L и В - ее длина и ширина, м. При обтекании здании динамическим ветром при наличии теплового напора от инсолирумых поверхностей застройки, расчет длины циркуляцион- ной зоны за зданием производится по формуле (2) где -длина нагрева придомовой территории в направлении движения ветра. При разработке проекта планировки застройки микрорайонов в городах с жарким штилевым климатом прогнозирование аэрационного режима на стадии проектирования микрорайона производится по предлагаемому графо- аналитическому методу расчета, основанное на следующих положениях: расчет аэрации с поэтапным выбором участка под застройку и описа- ние ее ветрового режима при натекающем потоке построением аэрационной 14 карты; расчет и прогнозирование инсоляционного режима застройки построе- нием инсоляционной карты; расчет и прогнозирование режима микроветра путем построения ско- ростных спектров; выявление зон конвективных потоков построением карты ветра полей; расчет аэрации застройки при ветровом и тепловом напоре. В качестве критериев оценки микроветра принимаются следующие показатели: средняя скорость ветра на участке, построение диаграммы термической розы ветров в характерных пунктах застройки; данные испыта- ний физической модели застройки в «метеорологической трубе»; повторяе- мость микроветра застройки на территории микрорайона; коэффициент дискомфорта (затишья); коэффициент комфорта воздушного потока. Расчет скорости ветра застройки производится по формуле (3) где U M - скорость ветра на метеостанции, м/с; k 1 и к 2 - коэффициенты транс- формации воздушного потока за счет макрошероховатости и конвективного потока. Для рассматриваемой расчетной ситуации застройки по получаемым скоростям движения воздуха определяются зоны дискомфорта и комфорт- ности. В соответствии с зонированием определяется коэффициенты аэраци- онных зон: (5) (6) где - суммарная площадь застойных и комфортных з о н ; - общая площадь рассматриваемой аэрационной обстановки. В результате устанавливается зависимость коэффициента комфортнос- ти и дискомфортности по ветровому режиму от плотности жилой застройки. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования поз- воляет сделать следующие выводы. Изучение аэродинамических и теплофизических процессов на физи- ческой модели застройки в «метеорологической трубе» позволило 15 установить взаимосвязь фонового ветра с местными ветрами застройки при разном условии инсоляции вариантов планировки. Составлена физико-математическая модель вихря, предварительно прогнозирующая тепло-ветровые процессы, формирующихся в междомовом пространстве и в заветренной стороне при инсоляции поверхностей застрой- ки в условиях штиля и наличия фонового ветра. Разработана методика аэрационного расчета ветровой тени от инсоли- руемых зданий, позволяющая оценить и регулировать скорости воздушного потока в циркуляционной зоне при ветренних погодных условиях. Установлены закономерности распределения воздушного потока на территории жилой застройки с определением зоны комфорта и дискомфорта, позволяющие установить теоретические предпосылки и разработать практи- ческие рекомендации по учету и регулированию ветра в градостроительном проектировании. Разработанный расчетный метод оценки качественной и количествен- ной характеристики тепло-ветрового режима застройки позволяет предва- рительно прогнозировать и регулировать микроклимат жилой застройки и жилища на стадии проектирования. Сформулированы предпосылки по оздоровлению воздушной среды застройки и городских территорий в экологическом аспекте. В четвертой главе рассматриваются методы определения микрокли- матических различий, с выявлением закономерности формирования климата города и микроклимата территории в зависимости от разнообразия ландшаф- та городской застройки. Приводится методические основы строительно- климатического микрорайонирования городской территории. Установлено, что в городах с жарким штилевым климатом опреде- ляющим фактором формирования микроклиматических различий терри- торий является механизм взаимодействия инсоляции с деятельной поверх- ностью застройки, который в последующем приводит к термодинамическим и аэродинамическим изменениям районов города со своими собственными установившимися факторами масштабного микроклимата. В то время в городах с жарким ветровым условием климата микроклиматическое райони- рование городской территории является весьма приближенным, ибо при аэрации застройки фоновым ветром наблюдается разглаживание температурно-влажностных факторов микроклимата территории и их нестабильность. На основе анализа результатов натурных исследований и обобщения климатических данных выявлены особенности формирования микроклима- тических различий районов южных городов СНГ, обуславливаемых влияни- ем атрибутов деятельной поверхности городов, плотностью застройки, сте- пенью шероховатости, экспозиция зданий, благоустройства, озеленения и обводнения с позиции радиационных, температурных, термических и ветро- вых условий. При этом разнородность структуры городской застройки и тер- ритории - рельеф, приемы планировки застройки, шероховатость, цвет, фак- тура, текстура, условия инсоляции и в связи с этим степень нагрева и излуче- 16 ния, теплоемкость, теплоусвоения предопределяют границы строительно- климатических микрорайонов территории города, и являются материальным средством коррегирования метеорологических параметров. При микроклиматических исследованиях использовались данные сос- тавляющих уравнения радиационного и теплового баланса, что позволило выявить теплофизических и аэродинамических различий городских террито- рий в пограничном слое. На основе масштабных натурных исследований комплекса параметров климата, микроклимата и теоретического обобщения результатов составлена физико-математическая модель радиационного и теплового баланса оболоч- ки города и элементов застройки, предназначенная для прогнозирования микроклимата городской застройки и его структурных элементов. Изучение составляющих теплового и радиационного баланса город- ской деятельной поверхности для каждого конкретного случая позволила ус- тановить роль застройки, элементов благоустройства, озеленения и обводне- ния в формировании тепло-ветрового режима пограничного слоя города. Разработан метод составление специальных карт-схем, отражающих изменение микроклиматических факторов на городской территории, а также схем комплексного микроклиматического и биоклиматического районирова- ния с выявлением районов благоприятности для проживания населения. Эти материалы включены в проектную документацию для разработки генераль- ных планов городов, проектов детальной планировки застройки и зданий. Данный метод распространяется и для микро- и биоклиматического районирования небольших частей городского ландшафта, как для централь- ной административной части, промышленного района, жилого района, мик- рорайона, жилого двора, микроклиматические условия, которых регулируют- ся архитектурно-строительными средствами путем целенаправленного разме- щения очагов микроклимата систематизированные нами. В результате оценки микроклиматических условий с точки зрения комплексного их влияния на тепловое состояние человека установлено сте- пень комфортности территориальных частей исследуемых городов для про- живания человека. На основе изучения закономерностей термодинамических и аэродина- мических процессов в разнообразной мозаике деятельной поверхности город- ского ландшафта разработан метод строительно-климатического микро- районирования территории городов с жарким штилевым климатом. Пятая глава посвящена разработке графо-аналитического метода оценки микроклимата сложного рельефа, подлежащего для жилищно- гражданского строительства и метода расчета аэрации жилых застроек и зданий в различных условиях рельефа местности. Для достижения этой цели были решены следующие задачи: изучена территория сложного рельефа с морфологической и микро- климатической позиции с выявлением градостроительной маневренности рельефной ситуации; |