АВТОРЕФЕРАТ_Гиясов А.И. Регулирование микроклимата застройки городов в условиях жаркого штилевого климата
 Скачать 279.9 Kb.
|
|
На правах рукописи ГИЯСОВ АДХАМ РЕГУЛИРОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА ЗАСТРОЙКИ ГОРОДОВ В УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО ШТИЛЕВОГО КЛИМАТА Специальность 18.00.04 - Градостроительство, планировка сельских населенных пунктов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва -2004 2 Работа выполнена в Таджикском техническом университете им.М.С.Осими и Московском государственном строительном университете ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор Самойлов Дмитрий Сергеевич, доктор архитектуры, профессор Лицкевич Владимир Константинович, доктор технических наук, профессор Хлевчук Василий Романович ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: «ГИПРОГОР» Защита состоится часов на заседа- нии диссертационного совета Д 212.138.09 при Московском государствен- ном строительном университете по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая набережная, д. 8, аудитория С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного строительного университета Ученый секретарь диссертационного совета Плотников А.И. 3 Актуальность. Проблема охраны окружающей среды приобретает в настоящее время все большее экологическое, социальное и экономическое значение. Охрана и улучшение окружающей человека среды, как одна из основных проблем современного градостроительства и строительства, явля- ется составной частью проектно-планировочной работы. Важным разделом этой проблемы является совершенствование организации быта и активного отдыха населения, направленное на укрепление его здоровья. В условиях жаркого штилевого климата особенно остро стоит проблема нормализации дискомфортной перегревной среды в жилище, жилой застройке и, в целом, городской территории, закономерности формирования которой рассмотрены в данной работе. Использование солнечной энергии в южных городах для формирова- ния благоприятного микроклимата жилой застройки и городской территории в летний период является одним из логических шагов в решении проблемы улучшения окружающей человека среды. В работе исследуется один из способов пассивного использования солнечной энергии, обеспечивающий благоприятные микроклиматические условия в застройке и жилище южных городов с экстремальным жарко- штилевым климатом. Научные, практические и методические положения, раскрываемые во вновь созданной теории жарко-штилевых тепло-ветровых процессов, имеет ценность для Центральноазиатских и Закавказских республик СНГ, а также для стран широкого пояса от Китая до США, включая Северную Индию, Пакистан, Афганистан, Иран, Ирак, Иорданию, Сирию, Палестину, Северную Африку, Испанию и другие, в которых характерны жарко-штилевые условия погоды и поселения на предгорьях. Работа выполнена в соответствии с важной социальной задачей охраны окружающей среды, входящей в комплекс глобальной проблемы охраны природы и улучшения использования природных ресурсов; координационным планом по проблеме «Конструкция, функция и среда в архитектуре зданий, возводимых в условиях жаркого климата» тема 02.02.12.30 «Использование солнечной энергии для организации внутренней среды в жилых и общественных зданиях, возводимых в районах с жарким сухим климатом»; Государственным заказом Министерства образования Республики Таджикистан № 32 госрегистрационный номер 0000009891 по теме «Исследование, проектирование и строительство зданий и сооружений с учетом региональных условий Таджикистана»; планом НИР ОАО Узшахарсозлик ЛИТИ (УзНИИП градостроительства) раздел 3.7, 3.6 тема «Исследование экологических аспектов градостроительства, влияющих на жилую застройку, и разработка методических рекомендаций по совершен- ствованию селитебных территорий городов Узбекистана». Целью диссертационной работы является разработка теоретических и 4 Задачи исследования: 1. Выявление специфических экстремальных природно-климатических жарко-штилевых условий и принципы учета их в градостроительном и архи- тектурно-строительном проектировании; 2. Разработка методических основ строительно-климатического микро- районирования территории городов, сложного рельефа в соответствии с ландшафтной ситуацией и выявление комплекса климатических факторов районов с жарким штилевым климатом; 3. Выявление влияния местных климатических факторов на микрокли- мат жилища и теплофизические качества ограждающих конструкций путем изучения тепло-ветровых процессов в зоне жилища при разных условиях инсоляции застройки; 4. Разработка физико-математической модели тепло-ветровых процес- сов с описанием аэродинамических характеристик застройки. Расчетное прогнозирование аэрации микрорайона и помещений здания; 5. Разработка методических основ по регулированию тепло-ветрового режима застройки и зданий путем эффективного использования энергии солнца; 6. Разработка практических рекомендаций по улучшению и регулиро- ванию микроклиматической среды городской застройки и помещений путем использования архитектурно-строительных средств. Методы исследования: • аналитический расчет тепло-ветровых процессов в застройках и в зоне жилища южного города; • графо-аналитический расчет инсоляции территории городской застройки и зданий с выявлением термически контрастных зон и плоскостей путем применения разработанного инсоляционного прибора; • маршрутные натурные обследования климатических, микроклиматичес- ких и биоклиматических различий территории города и рельефной ситуа- ции (Душанбе и прилегающих к нему горных склонов) с последующим микро- и биоклиматическим районированием; • графо-аналитический метод оценки микроклимата сложного рельефа и микроклиматическое районирование; • расчет и оценка тепло-ветровых процессов застройки на равнине и на рельефе с применением ЭВМ; • исследования в «метеорологической трубе» тепловой модели композиций групп зданий (в 94-х вариантах) и протекающих в них тепло-ветровых процессов при инсоляции; • натурные экспериментальные исследования микроклиматических и кли- матических факторов архитектурно-строительных решений застройки (в 9-ти вариантах) и зданий (в 8-и жилых домах). Натурные экспериментальные исследования проводились во фрагмен- тах застройки центральной, части г.Душанбе и в 32-м, 33-м, 46-м, 102-м мик- рорайонах, а также прилегающих предгорьях в летний период в течении 8 5 лет. Исследование проводились под руководством соискателя экспедицион- ной группой, состоящей из 3-х аспирантов и 22-х студентов. Экспериментальные исследования на физической модели застройки изучались путем продувки вариантов композиций застройки в «метеорологической трубе» Таджикского технического университета. Достоверность полученных научных результатов. В основу иссле- дований теплофизических и аэродинамических процессов в городской зас- тройке и в зоне жилища положены методы исследования среды реальной застройки и экспериментально-модельных исследований вариаций застройки в «метеорологической трубе», а также получения сопоставимых аналитичес- ких зависимостей. Научное положение, содержащееся в работе, достаточно обосновано анализом результатов большого количества литературных источ- ников в области градостроительной климатологии и биоклиматологии, стро- ительной физики, метеорологии, что обеспечивает точность и правомерность разработанной теории и методов, достоверность выводов и рекомендаций. Научная новизна работы. Впервые исследованы специфические экстремальные климатические жарко-штилевые условия среды южных городов, подлежащие учету в процессе проектирования и строительстве зданий и их комплексов. Впервые создана теория жарко-штилевых тепло-ветровых процессов, позволяющая прогнозировать и регулировать микроклимат городской зас- тройки, возводимых в условиях равнины и сложного рельефа. Разработан метод ландшафтно-климатического районирования терри- тории города, рельефной территории, а также склонов гор, предназначенных к строительству зданий. В новом аспекте решена задача по регулированию городских местных ветров и определена их роль в теплофизических процессах пристенного, при- земного слоев воздуха и ограждающих конструкций. Установлена взаимосвязь местных ветров застройки термического происхождения с динамическим ветром при аэрации застройки. Определена роль местных ветров в формировании микроклимата застройки и зданий. Составлена теоретическая модель трансформации температуры воз- духа, позволяющая рассчитать влияние общего городского тепла и единич- ных тепловых пятен застройки на прилегающую территорию. Разработана программа для численных расчетов на ЭВМ. Усовершенствована методика расчета аэрации помещений здания с учетом гравитационной конвекции. Практическая ценность работы. Найден принципиально новый способ регулирования тепло-ветрового режима среды многоэтажной застройки городов с жарким штилевым клима- том, основанный на рациональном использовании энергии солнца.Установле- на роль многоэтажной застройки в регулировании тепло-ветрового режима. Разработан инженерный метод аэродинамического расчета городской застройки и зданий, возводимых на равнине и сложном рельефе, позволяю- щий прогнозировать и улучшить микроклимат. 6 Определен метод микро- и биоклиматического районирования терри- тории городов и рельефной ситуации, основанный на разнообразии город- ского ландшафта и экспозиции рельефа, являющийся пособием в градострои- тельном проектировании. Определены методы практического регулирования микроклимата при- менением рациональных архитектурно-строительных, градостроительных приемов и средств целенаправленной организации естественной аэрации. Разработаны методические указания по совершенствованию планиро- вочных структур застройки, объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и застройки в условиях жарко-штилевого климата. Заложена основа для составления особого раздела нормативных доку- ментов по проектированию зданий и застройки в условиях жаркого штилевого климата. Внедрение результатов работы. Материалы исследований внедрены в проектировании и строительной практике, а также используются в научных работах различных организаций. Результаты внедрения имеют оздоровительно-социальное значение, улучша- ют условия проживания людей, повышают производительность труда, а так- же снижают заболевания и смертность в экстремальных условиях. В АОО «Гипрострой» результаты работы внедрены при проектирова- нии 9-ти этажных крупнопанельных жилых домов серии 165 и 76, 16-этаж- ного 124-квартирного дома из монолитного железобетона, а также при разра- ботке проекта детальной планировки 3-го микрорайона г.Курган-Тюбе, в проекте планировки и застройки 4-этажных блокированных 96-квартирных домах г.Хорога. Результаты работы внедрены в Главном управлении архитектуры и градостроительства Хукумата г.Душанбе при разработке проекта детальной планировки застройки экспериментальных микрорайонов Испечак-1, Зараф- шон и реконструкции 32-го, 33-го, 46-го и 102-го микрорайонов, а также благоустройстве и озеленении территории г.Душанбе. В ОАО «Узшахарсозлик ЛИТИ (Узбекский проектный и научно- исследовательский институт по градостроительству)» результаты работы внедрены при разработке раздела «Охрана и улучшение окружающей среды» генерального плана г.Бука Ташкентской области. В Министерстве охраны природы Республики Таджикистан результа- ты используются при разработке рекомендаций по улучшению и оздоровле- нию окружающей среды городов с жарко-штилевым климатом. В Таджикском техническом университете результаты научной работы использованы в учебном процессе - в разделах учебного пособия «Конструи- рование гражданских зданий», подготовленного автором и изданного в издательстве АСВ М.: 2004г., в лабораторных работах по строительной физике, в учебно-исследовательских работах студентов, при дипломном проектировании студентов строительных специальностей. Личный вклад автора заключается в формировании концепций пос- троения работы, направленной на решение актуальной проблемы, в постанов- 7 ке цели и разработке задач исследований. Автором создана теория жарко- штилевых тепло-ветровых процессов, позволяющая прогнозировать и регу- лировать микроклимат городской застройки, возводимых в условиях равни- ны и сложного рельефа. Им разработано методическое обеспечение проведе- ния исследований, выполнена обработка полученных результатов, сформули- рованы научные положения и выводы. Автор принимал личное или непо- средственное участие во всех натурных и экспериментальных исследованиях. Им на кафедре Городского строительства и хозяйства Таджикского техничес- кого университета создана лаборатория теплофизики и микроклимата, являющаяся базой проведения учебно-исследовательских и научно- экспериментальных работ. На защиту выносятся. Теория учета жарко-штилевых тепло-ветровых процессов городской застройки. Метод микро- и биоклиматического районирования территории города и рельефной ситуации, основывающийся на разнообразие ландшафта и экспозиции склона при условии инсоляции. Прибор для оценки инсоляции территории застройки и помещений. Метод аэродинамического расчета застройки, возводимых на равнине и сложном рельефе. Метод регулирования тепло-ветрового режима застройки архитек- турно-строительными средствами путем рационального использования энергии солнца. Апробация работы. Основные положения и результаты работы доло- жены и обсуждены на международных, всесоюзных, республиканских научно-технических и научно-практических конференциях, проведенных в городах Ленинград, Тбилиси, Ташкент, Тарту, Сухуми, Душанбе, а также на расширенном заседании кафедр Архитектуры и ГСХ ТТУ, заседаниях кафедр Градостроительства и Архитектуры МГСУ в период 1981-2004гг. Некоторые положения диссертации нашли развитие в разработанной и разрабатываемой под руководством и консультации автора кандидатских диссертаций аспирантов МГСУ Б.И.Гиясова и Ш.Р.Гамзаева. Публикации. Материалы по теме диссертации представлены в 53 опубликованных работах, в том числе в 3 учебных пособиях, также отраже- ны в 7 научно-технических отчетах. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, восьми глав, основных выводов, списка литературы из 240 наименований. Работа изложена на 332 страницах (том 1), приложения на 240 страницах, включающие 335 рисунков и 71 таблиц (том 2). Автор выражает искреннюю благодарность профессорам, д.т.н. кафедр Архитектуры и ТГВ МГСУ [Ушкову Ф.В.| [Ретгеру ЭЖ1 [Гитову В.П.1 и доценту к.т.н. |Масленникову"КЩ за оказанную консультативную помощь при выполнении диссертационной работы. Особую благодарность выражает преподавателям кафедры Градостроительства и Архитектуры МГСУ за помощь и поддержку. 8 СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, дан обзор литературы по теме диссертации, излагаются цель и задачи диссертационной работы, научная новизна, практическая ценность полученных результатов. Выполнен обзор работ, посвященных климатическим и микроклима- тическим исследованиям в жилых застройках и зданиях. Эти вопросы приме- нительно городской застройки Центральной Азии впервые нашли отражение в трудах А.С.Антонини, Н.М.Томсона, Г.В.Шелейховского. Учеными СНГ В.И.Ильинским, В.Н.Богословским, Б.Ф.Васильевым, А.М.Шкловер, К.Ф.Фо- кином, Ф.В.Ушковым, Н.М.Гусевым, И.С.Сухановым и др. разработаны практические методы учета климатических воздействий на тепловой режим зданий. Проблемами аэрации городской застройки впервые занимались Н.М.Томсон, А.С.Антонини и далее теоретические, экспериментальные исследования аэродинамики зданий и застройки были обобщены в капи- тальных трудах Э.И.Реттера, а также в монографиях и статьях В.В.Батурина, И.А.Шепелева, В.М.Эльтермана, ФЛ.Серебровского, И.К.Лифанова, В.Н.Та- лиева, В.П.Титова, В.С.Козаченко и др. В данных работах изучались вопросы аэродинамики застройки и зданий при обтекании их преимущественно фоновым ветром. Н.М.Томсон, А.С.Антонини, К.С.Леонтьева, Е.С.Чолаян, В.С.Козаченко, Р.Гейгер, Е.Л.Гельмут, Р.Г.Оке исследуя процессы естественного проветривания фрагмента застройки в условиях маловетрия, получили качественную харак- теристику приземных тепло-ветровых процессов, в то же время большинство из них также имеют описательный и локальный характер. Роль инсоляции в формировании микроклимата рассмотрены в трудах А.У.Зеленко, Н.М.Гусева, Л.Л.Дашкевича, Б.А.Дунаева, Д.С.Масленникова, Н.В.Оболенского и др. Основы и научно-методические обоснования природно-климатической типологии жилища разработаны в трудах В.Е.Коренькова, Н.П.Былинкина, В.К.Лицкевича, А.А.Гербурт-Гейбовича, М.С.Горомосова, применительно к условиям жаркого климата - И.С.Суханова, А.В.Ершова, Т.Б.Рапопорт, И.А Мерпорта, А.К.Биркая, Г.К.Гольштейн, З.П.Ломтатидзе, Г.И.Полтарак и др. Объемно-планировочные и архитектурно-конструктивные мероприя- тия, обеспечивающие благоприятный микроклимат в городской территории и в помещениях, рассмотрены в трудах Г.В.Шелейховского, С.Б.Чистяковой, К.С.Леонтьевой, А.Эсенова, Е.С.Семеновой, М.М.Чернавской и др. За рубежом значительный вклад в изучение вопроса климатической защиты зданий и застройки в жарком климате внесли Д.Аронин, Д.Аткинсон, Р.Ауэб, В.Олжей, Б.Саини, Т.Роджерс, Г.Липсмайер, Б.Эванс, Б.Гивони, С.Зоколей, Б.Андерсон и др. Анализ классификации метеоусловий различных авторов с разделени- ем жаркого типа погоды по признакам, а также изучение климата южных городов по погодным условиям согласно многолетним климатическим данным позволили автору выделить следующие специфические для южных 9 районов жарко-ветровые и жарко-штилевые признаки погоды. Подобные разделения жарко-сухого климата на более мелкие признаки и их учет в градостроительной практике является важным шагом в решении архитек- турно-строительных задач. До настоящего времени в архитектурно-строительной практике проек- тирования и строительства применяется СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» со схемой районирования территории бывшего СССР с характеристикой климатических районов и подрайонов разработан- ной ЦНИИЭП жилища. Указанные схематические карты климатического районирования отражают лишь фоновые изменения климата больших терри- торий. В разделе СНиП не дается понятие «профиль климата», в силу этого не выделены, как специфические условия климата «жара-штиль», типичные для многих городов Центральной Азии и Закавказья, требующие особого учета и средств регулирования. Для борьбы с перегревом имеется целый ряд бывших общесоюзных и региональных, республиканских рекомендаций по проектированию и строи- тельству зданий и застройки в условиях жаркого климата. Осуществлено не мало исследовательских работ, предлагающих пути и средства по борьбе с перегревом. В этом направлении ведутся работы в ТашЛИТИ, Узшахарсоз- ликЛИТИ, ЦНИИЭПжилища, ЦНИИПградостроительства, НИИСФ, МГСУ, ТТУ и др. Необходимо отметить, что в настоящее время крайне мало исследова- ний, а также практических рекомендаций, связанных с формированием бла- гоприятной микроклиматической среды городов с жарким штилевым климатом. Если посмотреть рекомендации и предложения различных авторов по борьбе с перегревом в городах и зданиях средствами планировки, застройки, благоустройства, озеленения и обводнения, то можно пронаблюдать, что все они посвящены решению задач, связанных с жарко-ветровым условием кли- мата. Разработки и рекомендации по проектированию жилых групп и зданий в районах с жарко-штилевым условием климата, практически отсутствуют за исключением отдельных предложений носящих локальный характер. Проведенный анализ определил возможные направления развития, а также разработки и применения метода эффективного регулирования микро- климата зданий и застройки путем целенаправленного использования солнеч- ной энергии, имеющих важное народнохозяйственное значение. При этом перспективным является вопросы оптимизации микроклиматической среды в городской территории и в зданиях путем организации естественной аэрации. В первой главе проводится анализ и обобщение практики проектиро- вания и строительства жилой застройки и зданий в условиях жаркого клима- та, определяются направления дальнейших исследований с выявлением горо- дов со специфическим экстремальным жарким штилевым условием климата. Рассматривается роль многоэтажной застройки в улучшении микроклимата. Анализ климата городов южного региона СНГ по многолетним данным выявляет наличие жарко-штилевого климата, который составляет 40...70% |