АВТОРЕФЕРАТ_Гиясов А.И. Регулирование микроклимата застройки городов в условиях жаркого штилевого климата
 Скачать 279.9 Kb.
|
|
24 Эти исследования убеждают в реальной возможности управлять тепло- физическими процессами на территории застройки. В связи с вышеизложенным с достаточной уверенностью можно ска- зать, что для регулирования тепло-ветрового режима территории застройки в городах с жарко-штилевым условием климата необходимо на стадии разра- ботки проекта детальной планировки задаваться очагами разной тепловой активностью. В результате экспериментальных исследований классифицированы ос- новные виды подстилающих покрытий городской застройки с точки зрения их активности в формировании очагов микроклимата. В итоге составлены таблицы конструктивных решений объемной плас- тики фасадов и наиболее распространенных конструкций подстилающих по- верхностей разной микроклиматической эффективности, которые служат пособием в практике проектирования зданий и застройки. Также систематизированы и классифицированы архитектурно-строи- тельные средства регулирования тепло-ветрового режима, позволяющие запрограммировать микроклимат территории городской застройки путем целенаправленного и эффективного их использования. Таким образом, микроклиматические различия, обуславливающие улучшения тепло-ветрового режима, могут быть предварительно запланиро- ваны на стадии проектирования взаиморасположением различных подсти- лающих поверхностей в сочетании с архитектурно-строительными сред- ствами. Седьмая глава посвящена экспериментальным исследованиям тепло- ветровых процессов, протекающих в пристенном микроклиматическом слое воздуха. Целью настоящей главы является установление энергетических основ и факторов тепло-ветрового режима междомового пространства, вьивление теплофизических процессов и их геометрии в пристенной микроклиматичес- кой зоне путем экспериментальных исследований в реальных условиях и на модели застройки, а также теоретических обобщений. Первая стадия работы организована путем натурных наблюдений факторов пристенного микроклимата объектов из восьми 9-этажных жилых домов, две из которых построены с колонным пространственным этажом. Натурные измерения параметров тепло-ветрового режима пристенного микроклиматического слоя воздуха и помещений производились в жилых до- мах широтной и меридиональной ориентации при наличии развитого благо- устройства и озеленения прилегающей территории и во вновь строящихся зданиях и застройках. В пристенной микроклиматической зоне перпендикулярно к стенам зданий южной и северной, западной и восточной ориентации по всей высоте до 27,7м от земли были намечены характерные вертикальные разрезы, вклю- чающие толщину 50см пристенного слоя воздуха. В каждом исследуемом объекте в пристенном пространстве выбирались 39 точек измерений в воз- душном пространстве на поверхности фасада и прилегающей территории. 25 Во всех указанных точках каждого объекта велись измерения темпера- туры воздуха и поверхности, скорости воздушных потоков. Наряду с этим производились измерения температуры воздуха в характерных помещениях 1-го, 5-го и 9-го этажей каждого здания южной, восточной, западной и север- ной ориентации. Измерения теплового потока от стены и приход солнечной радиации производились на уровне пятого этажа. Выше указанные замеры, а также замеры параметров тепло-ветрового режима на контрольном пункте производились в течение 4-х жарких штилевых дней на каждом объекте. Натурные наблюдения производились в летний период в течение 3-х лет. Анализ результатов натурных исследований позволил: выявить степень нагрева поверхности стен, пристенного слоя воздуха и воздуха в помещении при разной ориентации фасадов зданий и установить их взаимосвязь; получить качественную и количественную картину температурного и скоростного поля в пристенном микроклиматическом слое в зависимости от энергоактивности наружных стен здания и прилегающей подстилающей поверхности территории; определить роль пристенного конвективного потока в теплосъеме с ограждающих конструкций, получить коэффициент конвективной теплоот- дачи наружных стен разной ориентации в зависимости от степени их нагрева; установить участие вертикальных и горизонтальных поверхностей застройки в формировании естественной конвекции и определить роль наружных стен зданий в регулировании тепло-ветрового режима пристен- ного слоя воздуха и воздуха в помещении; выявить характерные зоны «воздушных подушек» у зданий и прилега- ющей территории, отличающиеся друг от друга тепло-ветровыми показателя- ми и являющимися результатом взаимодействия инсоляции со стенами зда- ний, прилегающей территорией, элементами благоустройства и озеленения. Вторая стадия работы посвящена выявлению термодинамических и аэродинамических изменений в пристенном слое воздуха и влияние их на стены здания и микроклимат помещений. На основе конкретных результатов натурных исследований в пристен- ном микроклиматическом слое зданий при различных условиях инсоляции фасадов и прилегающей территории представилась возможность скорректи- ровать расчетные формулы пристенного конвективного потока. Изучение закономерности конвективных потоков в натуре и обобщение теоретических исследований позволили составить физико-математическую модель тепло-ветровых процессов у стен зданий, которая является средством расчетного прогнозирования аэрации междомового пространства и помеще- ния здания в условиях жара-штиль. Конвективный теплообмен зависит от распределения температуры и скорости потока воздуха в пристенном слое. Для расчета коэффициента теплоотдачи вертикальных и горизонталь- ных поверхностей при естественной конвекции предлагаются расчетные формулы пригодные для строительной практики, когда приходится иметь 26 дела с поверхностями значительно больших размеров как стена много- этажного здания или прилегающая подстилающая поверхность территории со специфическими особенностями. Формула коэффициента теплоотдачи приведенная в СНиП II-3-79* приемлема при наличии фонового ветра. На основе экспериментальных исследований факторов микроклимата наружного пристенного слоя реальной конструкции стен и модели при раз- личных вариантах установлена зависимость коэффициента конвективного и общего теплообмена от разности температур наружной поверхности и воз- духа Коэффициент конвективного и общего теплообмена наружной стены вычисляется (7) (8) Коэффициент конвективного теплообмена подстилающей поверхности территории из бетонной и гранитной плиты, асфальта определяется (9) Полученные расчетные формулы и графики изменения коэффициента конвективной и общей теплоотдачи дает полное основание использовать их в теплофизических расчетах ограждающих стен и окон зданий различной ориентации и решении пластики фасадов, а также подстилающих поверхнос- тей территории. В действующей СНиП 2.08.01-85 «Жилые здания» и СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» требования к жилищу для южных городов формируются на основе учета средних температур и скорости ветра за июль месяц. При этом исключается возможность комплексного влияния климата, а значит и выявление наиболее активного его воздействия на жили- ще определяемой при инсоляции ее поверхностей в виде «микроклиматичес- кой оболочки» зданий при штилевых условиях. Причем карта климатического районирования, приводящаяся в СНиП 2.01.01-82, характеризует принципиальные требования к жилище для значи- тельных территорий. При этом учет местных особенностей климата, форми- рующегося на территории города и в зоне жилища в виде микроклиматичес- кого слоя, определяемый влиянием объемно-планировочной структурой и подстилающей поверхностью застройки практически отсутствует. Предлагаемый метод оценки климата для жарко-штилевых условий основан на комплексном учете фоновых и местных климатических особен- ностей, формируемых самой застройкой и зданием в виде «микроклима- тической оболочки» применительно к проектированию жилых образований. При этом для любого момента суток температура наружного пристен- ного слоя воздуха определяется по формуле (10) где - максимальное отклонение температуры от ее среднего значения или амплитуда колебания температур наружного пристенного слоя воздуха; 27 среднее значение температуры наружного пристенного слоя воздуха; Т - период колебаний, равный 24ч; - время. Тепловой расчет зданий и их ограждающих конструкций производится исходя с наружной суммарной температуры, состоящей из воздействия тепла от наружного пристенного воздуха и солнечной радиации (11) где — температура пристенного слоя воздуха, °С; р - коэффициент погла- щения солнечной радиации наружной поверхностью ограждения; Q - интен- сивность суммарной солнечной радиации, падающей на наружную поверх- ность; - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций. Значения составляющих формулы приводится в диссертации. В СНиП Н-3-79* «Строительная теплотехника» величины внешних климатических факторов, как среднемесячная температура наружного возду- ха за июль и максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в период эксплуатации используемые в расчет- ных формулах, требуют соответствующей корректировки для экстремального жарко-штилевого климата. Измерение температуры воздуха в пристенных слоях зданий разной ориентации в летние периоды, показали отклонение температуры t H от дан- ных СНиП. В связи с этим при расчете требуемой амплитуды колебаний температуры поверхности значение рекомендуется увеличить по сравнению с данными СНиП 2.01.01-82: для стен, ориентированных на юг, на 14%; для стен, ориентированных на восток и запад, на 16%, то есть Значение амплитуды при вычислении расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха принимается с учетом цвета отделки фасада и ориентации зданий согласно рекомендуемым пере- водным коэффициентам. Например, для стен светло-желтого цвета ориенти- на юг Полученные результаты исследования позволили уточнить внешние тепловые воздействия на микроклимат здания в летние жарко-штилевые условия климата и усовершенствовать методику расчета теплоустойчивости ограждающих конструкций. В результате натурных исследований и предлагаемого расчетно- теоретического положения установлена роль гравитационной конвекции пристенного слоя воздуха (максимальные значения теплового напора у восточной стены 10,5, западной 11,5 и южной 8,4Па) в аэрации помещений с 28 подвижностью воздуха 0,08...0,51м/с, что находится в пределах комфорта или ближе к нему. Подытоживая результаты проведенных исследований, следует отме- тить ряд существенных закономерностей. Анализ результатов натурных наблюдений позволяет выявить харак- терные «зоны воздушных подушек» в здании и прилегающей территории городского каньона, отличающиеся друг от друга тепло-ветровыми показа- телями. Энергоактивность этих зон определяется условием инсоляции вер- тикальных и горизонтальных поверхностей при их экспозиции. Натурные исследования показали, что многоэтажная застройка и зда- ния создают собственный микроклимат, характеризующийся стационарным состоянием воздушной среды - оболочку вокруг себя со своими чертами механизма климата и микроклимата, в условиях которой формальное исполь- зование существующих способов и средств регулирования теплового режима неэффективно. В то время многоэтажный дом при целенаправленном и рациональном объемно-планировочном и конструктивном решении может создавать кон- вективные восходящие (до 3,5м/с у карниза) и нисходящие (до 0,6м/с) потоки в противоположных облучаемых и теневых фасадах, определяющие тепло- ветровые условия пристенного слоя. Участие вертикальных стен и горизон- тальных подстилающих поверхностей в формировании конвективных пото- ков в пристенном и приземном слое, является источником естественной аэрации территории (до 2,2м/с) и помещений зданий (до 0,51м/с). Отмечается наблюдение мощных конвективных восходящих вдоль фасадов потоков, способные при умелом их использовании проветривать в условиях штиля целые квартиры, дворы, площадки. Выявленные термодинамические и аэродинамические закономерности, в воздушной среде междомового пространства и пристенного слоя, а также помещении при инсоляции фасадов зданий, элементов благоустройства и озеленения территории позволили скорректировать факторы внешних климатических воздействий на здания, ограждающие конструкции и микроклимат помещений. В итоге усовершенствована методика расчета наружных стен зданий на теплоустойчивость на основе уточненных климатических данных местности и застройки, а также скорректирована методика аэродинамических расчетов помещений при тепловом напоре для условий жаркого штилевого климата. Восьмая глава посвящена разработке и обоснованию методических основ по совершенствованию планировочной структуры застройки, объемно- планировочных и конструктивных решений зданий в условиях жаркого штилевого климата. Разработка методических указаний по оптимизации проектирования и строительства жилых домов в условиях жаркого штилевого климата в равной степени относится как к существующим зданиям сложившейся застройки, так и к проектируемым. 29 Регулирование тепло-ветрового режима в жилой застройке с жарким штилевым условием климата должна базироваться на решении двух проблем: 1. Максимальное использование благоприятных естественных фоновых климатических факторов при регулировании тепло-ветрового режима и недо- пущение их ликвидации, как последствия недостаточно продуманного проектного решения. 2. Применение в проекте планировки, застройки и здании оптимальных архитектурно-строительных приемов, создающие наиболее благоприятные тепло-ветровые условия для жизни населения. В плане решения первой проблемы нами сформулированы следующие методические указания, цель которых обеспечить свободное проникновение в город естественных воздушных потоков господствующего направления: -с наветренной стороны по границе застройки расположить фронт точечных высотных или длиннокорпусных домов, поставленных торцами к ветру, связанных между собой по верхним этажам переходами, рассекаю- щими воздушный поток и направляющими в известной степени верхние более активные ветры в приземное воздушное пространство городской застройки; -за ними в первом эшелоне наветренной застройки следует предусмат- ривать малоэтажные дома с придомовыми участками; -застройка второго эшелона может быть средней этажности также с придомовыми участками, а далее с всевозрастающей этажностью, сохраняя преимущественную направленность торцов домов к ветру. Дома в пределах многоэтажной застройки, располагающиеся поперек ветра определяемые ситуацией планировочного решения застройки, желательно делать понижен- ной этажности или многоэтажными, с первым и промежуточным простран- ственным колонным этажом; -широкие улицы и магистрали следует располагать преимущественно в направлении ветра; -в целях экранирования пешеходных дорожек от облучаемых поверх- ностей желательно применение баскетов, располагать их следует в направле- нии ветра; -система благоустройства, озеленения должны осуществляться на осно- ве инсоляционных карт для данной территории, а также согласно степени затенения деревьев; -озеленение междомовых пространств, улиц и парков желательно про- изводить высокоштамбовыми, ширококронными деревьями, негустой посад- ки, без подлеска и кустарников; -система обводнения городской территории должна базироваться на привлечении пригородных источников для наземного и подземного их ис- пользования, для охлаждения воздуха и покрытий улиц, площадей, дворовых участков, особенно в местах максимального солнечного облучения; -термически активные покрытия площадей, проездов, пешеходных дорожек и другие должны иметь защиту от солнечной радиации, согласно существующим нормам и рекомендациям. Планировочное расположение 30 этих покрытий целесообразно согласовать с участками затенения террито- рии, расчетно установленными от зданий и зеленых насаждений. В плане решения второй проблемы в существующих или проектируе- мых городах с жарко-штилевым условием климата необходимо разработать комплексный проект застройки для каждой группы зданий и застройки, цель которых улучшение микроклимата с учетом особенностей регулирования тепло-ветрового режима: -застройки первого эшелона по контуру города следует предусматри- вать малоэтажными домами, второго эшелона - средней этажностью, треть- его и последующих эшелонов всевозрастающей этажностью - многоэтажные, высотные, сохраняя при этом преимущественную направленность торцов зданий к местному городскому ветру, затекающему из периферии к центру города; -длиннокорпусные здания расположенные перпендикулярно направ- ленному местному потоку ветра, определяющие планировочной ситуацией застройки, предусматривать с колонным первым и промежуточными про- странственными этажами; -предусматривать в городах широкие радиальные магистрали и улицы, создающие воздуховодные каналы; -рационально использовать энергоактивные поверхности, площадки и их сочетание с системами обводнения и озеленения, создающие контрастные очаги микроклимата для формирования и регулирования термического ветра в пределах групп зданий и территорий; -выводить активно нагреваемые поверхности территории застройки за пределы зоны пребывания и перемещения человека (поднимая на высоту 3- 4м) применяя навесы с жалюзийными покрытиями, активизирующие локаль- ные ветры в поднавесном пространстве, располагать их длинной осью следу- ет в направлении местного ветра; -дать доступ прямым солнечным лучам в течение дня на отдельные фасады здания, образующие термически контрастные плоскости, при этом необходимо соблюдать нормы продолжительности инсоляции помещений и обеспечить теплоустойчивость облучаемых стен путем выноса нагреваемой плоскости в пристенный слой; -целесообразно использовать температурные контрасты параллельно расположенных инсолируемых и теневых фасадов зданий, образующие полу- кольцевую циркуляцию воздушного потока в междомовом пространстве; -систему озеленения предусматривать преимущественно рядовыми высокоштамбовыми древесными посадками без подлески, размещая их вдоль магистралей и улиц, затеняющие и тем самым создающие прохладные воз- душные каналы; -здания располагать вдоль магистралей и улиц с целью сохранения дви- жения местных городских ветров. В городах с жарким штилевым условием климата необходимо разрабо- тать проект застройки и зданий с одновременным решением комплекс задач |