ОЦЕНКА МИКРОКЛИМАТА УЧАСТКА СТРОИТЕЛЬСТВА

Разработке архитектурного проекта всегда предшествует выбор участка, микроклиматические особенности которого зависят от рельефа местности. При выборе участка строительства необходимо кроме фоновых климатических характеристик правильно оценить микроклимат участка строительства, на который могут оказывать довольно значительное влияние такие факторы, как: рельеф местности (южные, нагреваемые солнцем теплые склоны, северные — более холодные, ночные прохладные ветры с гор, дневные освежающие бризы с моря и т.п.); характер растительности (лесные массивы, пустынные ландшафты или водные поверхности моря, озера и др.); характер застройки (одноэтажная, озелененная или многоэтажная плотная).

Кроме того, неоднородность микроклимата в пределах города связана с характером подстилающей поверхности: асфальт, газон, каменные плиты и т.д. Эти виды покрытий по-разному отражают солнечную радиацию и, соответственно, по-разному нагреваются из-за различий их альбедо.

Часть вопросов, связанных с влиянием рельефа на ветровой режим, обсуждалась в подпараграфе 1.4.4, а влияние на процесс осадкообразования и условия снегоотложения и снегопереноса — в подпараграфе 1.4.5. Ниже приводятся дополнительные сведения, касающиеся влияния рельефа на климатические параметры, которые следует учитывать при выборе участка строительства и в самом архитектурном проекте.

Влияние рельефа на распределение солнечной радиации. Одной из основных причин неравномерности распределения солнечной радиации является рельеф местности. Склоны разной крутизны и ориентации получают различное количество солнечного тепла. Южные склоны во все месяцы получают радиации больше, чем горизонтальная поверхность, причем с увеличением крутизны склона приход радиации растет. На широте Москвы южные склоны крутизной 10—20° получают тепла в среднем за год на 10—30% больше, чем горизонтальная поверхность. В весенние и осенние месяцы разница в приходе радиации к склонам увеличивается и в зимние месяцы достигает максимального значения. В холодное полугодие в Москве на южные склоны поступает солнечной радиации в 1,5— 1,6 раза больше, чем на горизонтальную поверхность.

Северные склоны в течение всего года получают прямой солнечной радиации меньше, чем горизонтальная поверхность. Так, в июне в средних широтах северные склоны крутизной 10° получают в среднем 92% от радиации, приходящей к горизонтальной поверхности. В зимнее время на склоны северной экспозиции крутизной 10° на широте Москвы поступает солнечной радиации всего 25—60% от сумм, приходящих на горизонтальную поверхность. С увеличением крутизны склонов северной экспозиции приход радиации к ним уменьшается. Так, для склонов крутизной 20° поступление солнечной радиации в июне составляет 80—90% от суммы радиации, приходящей на горизонтальную поверхность. Северные склоны такой крутизны в Москве начинают получать солнечную радиацию с февраля.

Различия в количестве тепла, получаемого склонами разной экспозиции, отражаются, прежде всего, на термическом режиме деятельной поверхности. Максимальные микроклиматические различия за счет экспозиции склонов наблюдаются в сентябре, что обусловлено не только большими различиями в поступлении солнечного тепла на склоны (они примерно такие же, как весной), но и общим прогреванием подстилающей поверхности за лето. Разность дневных температур деятельной поверхности между северными и южными склонами в весенний и осенний периоды, когда отмечаются наибольшие микроклиматические различия, представлены в табл. 1.23. Из этой таблицы видно, что на широте Москвы южные склоны крутизной 10° весной более, чем на 3°С, а осенью — на 4°С теплее северных. Еще большие различия из-за неравномерности получения солнечной радиации возникают в термическом режиме склонов крутизной 20°С. Весной южные склоны на 5, а осенью — на 9°С теплее северных.

Таблица 1.23

Разность дневных температур естественных поверхностей между северным и южным склонами на широте Москвы

Крутизна склонов, град.

10

20

10

20

Весна

Осень

Более 3°С

и

о

Г-

1

«УЭ

4-5°С

9-1 ГС

Различия в дневной температуре деятельной поверхности за счет экспозиции склонов определяются характером изменения радиационного баланса, который на южных склонах больше, а на северных меньше, чем на открытом ровном месте. Изменение радиационного баланса является главной причиной перераспределения составляющих теплового баланса на северных и южных склонах, что приводит к различию их микроклиматических условий, которые выражаются в дате схода и характере залегания снежного покрова, промерзания почвы, продолжительности вегетационного периода. Эти различия необходимо учитывать при размещении застройки на склонах различной экспозиции, при зонировании придомовой территории, разработке проектов озеленения и благоустройства дворовых пространств и других городских территорий.

Акватории не в меньшей степени, чем рельеф суши, могут изменять фоновые климатические условия. Поэтому проектирование жилых зданий, расположенных на берегах крупных водоемов, должно учитывать общие закономерности формирования микроклимата вблизи водных объектов.

Изменение метеорологических элементов под влиянием открытых водных поверхностей существенно зависит от величины водного бассейна, положения по отношению к преобладающим направлениям ветра, степени озеленения прибрежной территории и времени года. Небольшие пруды площадью до 10 га в летнее время способствуют незначительному снижению температуры воздуха на прилегающей территории (до ГС) и увеличению относительной влажности воздуха до 8%. Бризовая циркуляция на берегах таких водоемов развита слабо и проявляется только в тихую, малооблачную погоду. Усиление градиентного ветра за счет местной циркуляции не превышает 20—30%. Зона микроклиматического влияния распространяется на расстояние не более 50—70 м от уреза воды. Крупные водоемы имеют более заметный микроклиматический эффект, зона их влияния прослеживается на десятки километров.

В качестве примера изложенные выше закономерности изменения микроклиматических характеристик в различных формах рельефа, встречающихся на территории г. Москвы, сведены в табл. 1.24, данные которой можно использовать для предварительной мезо- и микроклиматической оценки застраиваемой территории.

Учет рельефа в северной зоне важен не только с точки зрения ветровых условий, инсоляции и теплового режима, но и обеспечения безопасности зданий и сооружений. Вечная мерзлота и переувлаж-ненность почвогрунтов препятствуют инфильтрации осадков, и они почти полностью стекают по поверхности рельефа. Поэтому в весенне-летний период даже небольшие водотоки превращаются в бурные потоки и заливают все пониженные формы рельефа. При выборе участка под застройку предпочтительными следует считать склоны (с ориентацией на южную четверть горизонта) с уклонами от 3 до 10%, ограниченно пригодными — от 0,5 до 3% и от 10 до 20%.

При формировании застройки на всей территории Севера следует максимально использовать энергетические и санирующие свойства солнечного облучения. С этой целью должны быть обеспечены нормативные сроки инсоляции помещений, а также выбрана ориентация зданий, позволяющая наиболее эффективно использовать солнечную энергию для повышения температурного фона как внутри зданий, так и на прилегающей к ним территории. Изменение ориентации здания с меридиональной на широтную в высоких широтах увеличивает количество солнечной энергии, получаемой зданием, в 1,6 раза.

Основные природно-климатические факторы, влияющие на выбор участков строительства в северной климатической зоне, показаны на рис. 1.55.

Микроклиматические особенности рельефа (в условиях Москвы)

Формы

рельефа

Метеорологические элементы

Прямая солнечная радиация

Скорость ветра

Температура воздуха на высоте 2 м

Влажность

воздуха

Снежный покров

Вершины

Усиление скорости в 1,4 раза

Понижение в среднем на 2°С

Наиболее

сухие

Южные

склоны

Увеличение в XII—

11 месяцах на 30%; в III—VIII месяцах — на 10%; в 1Х-Х1 месяцах — на 20-40%

Усиление скорости на наветренных склонах в 1,1 —

1,3 раза; уменьшение на подветренных в 0,7 раза

Повышение

Уменьшение

Меньшая высота

на наветренных склонах, большая — на подветренных

Северные

склоны

Уменьшение в XII—

11 месяцах на 30—70%; в II—V месяцах — на 10—20%; в VI—

VIII месяцах — на 5-10%; в 1Х-Х1 месяцах — на 20-40%

Усиление скорости на наветренных склонах в 1,1—

1,3 раза

Понижение

Меньшая высота на наветренных склонах, большая — на подветренных

Река Москва

Усиление скорости в 1,2 раза, направление ветра вдоль

долины реки

Понижение в среднем на 2°С

Увеличение

влажности

и уменьшение

запыленности

Расположение населенных мест в северной климатической зоне

Рис. 1.55. Расположение населенных мест в северной климатической зоне:

слева — в пурговом районе: а — на вершинах холмов; б — на высоких берегах; в — на обрывистых склонах; г — за оврагами и долинами рек; д — за лесными массивами; справа — в особо морозном районе: е — на верхних частях склонов; ж — на отдельных возвышенностях; з — на высоких берегах рек; и — на склонах ниже лесных или кустарниковых массивов и выше «озера холода»

Климатопы. Для практических целей используется еще одна климатическая типизация городской застройки, занимающая промежуточное положение в масштабном ряду между отдельными зданиями и городом в целом. Она основана на выявлении наиболее общих черт микроклиматических особенностей отдельных участков городской территории с учетом интенсивности ее использования и плотности застройки. Такие участки, с повторяющимися морфометрическими характеристиками и однородным функциональным назначением территории, получили название кяиматопов. Эта климатическая типизация, выполненная с позиций архитектурно-климатического анализа, основана на определении характерных для того или иного морфотипа застройки микроклиматических параметров. Выделение климатопов широко используется в зарубежной и отечественной практике градостроительства, например при мезо-климатическом районировании территории городов.

Климатопы имеют выраженные индивидуальные особенности ветрового и температурного режима, характера распределения осадков и другие микроклиматические особенности, определяемые морфометрическими характеристиками застройки, характером благоустройства ее территории и интенсивностью техногенной нагрузки на окружающую среду. В табл. 1.25 приведены основные климатопы, характерные для крупных городов.

Таблица 1.25

Микроклиматические типы территорий застройки

(климатопы)

Городская

климатическая

зона

(климатоп)

Визуальный облик (схемы)

Aspect

ratio

(В/Ш)*

Плотность

искусст

венных

покрытий,

%**

=}

J-

м.

_II

> 2,0

> 90

Высокоплотная застройка повышенной этажности, коммерческо-деловые центры

Высокоплотная средне- и малоэтажная застройка, историческая застройка

Л

Л

АЛ

1,0-2,5

> 80

Среднеплотная среднеэтажная, преимущественно жилая застройка

  • 0,5-1,5
  • 65-85

Высокоплотная средне- и малоэтажная застройка промышленнокоммунального и торгового назначения (гаражи, склады, супермаркеты и т.д.)

  • 0,05-0,2
  • 75-95

Низко плотная малоэтажная застройка (таун-хаусы, коттеджные поселки)

  • 0,2-0,6
  • 35-65

Городская

климатическая

зона

(климатоп)

Визуальный облик (схемы)

Aspect

ratio

(В/Ш)*

Плотность

искусст

венных

покрытий,

%**

Смешанная контрастная низкоплотная застройка с высокой долей

? ?? ?? ?? ?? e^^jJaSeSaaSae аа аа i

0,1-0,5

< 40

озеленения (институты, больницы, спорткомплексы)

Пригородная зона с отдельно стоящими зданиями

aia'Oa 11 ft ?? аа аа аа ?????????? ??? аа a^^«L С^Тма^а^яв^виа аа аа ai

> 0,05

< 10

  • * Aspect ratio — отношение средней высоты зданий и сооружений (в ряде случаев и деревьев) к характерной ширине разрывов между ними (В/Ш). В примагистральной застройке — средняя высота фронта зданий к ширине улицы.
  • ** Отношение площади проекции зданий и водонепроницаемых поверхностей к общей площади участка.

Наряду с чисто урбанистическими климатопами выделяются и климатопы природного характера, встречающиеся на территориях рекреационного и природоохранного назначения в черте города. Ниже приводятся характеристики 12 основных типов клима-топов, включая природные типы, встречающиеся на территории городских лесов и лесопарковых зон.

Водный климатоп, приуроченный к достаточно большим по площади открытым водным поверхностям, оказывает сглаживающее влияние на температурный режим прилегающих территорий. В теплое время года воздух над водной поверхностью в дневное время обычно прохладнее, чем над сушей, ночью, наоборот, — теплее. Этот климатоп характеризуется высокими значениями влажности воздуха и скорости ветра.

Луговой климатоп, в отличие от водного, характеризуется большой суточной и сезонной амплитудой температуры и влажности воздуха и практически не влияет на воздушный поток. Он присущ обширным лугам и сельхозугодиям, незалесенным или при

небольшом количестве произрастающих на них деревьев и кустарников. В вечерние и ночные часы этот климатоп является источником прохладного свежего воздуха для окружающей его территории.

Лесной климатоп отличается сглаженными суточным и годовым ходом температуры и влажности воздуха. В дневное время температура воздуха в приземном слое здесь ниже, а влажность — выше, чем на открытом пространстве в результате затенения рельефа и активной транспирации влаги растительностью. Кроме того, кроны деревьев являются естественным фильтром, очищающим воздух от загрязнения. Основными функциями лесного климатопа являются улучшение микроклимата и регенерация воздуха, обеспечение соответствующего качества среды загородных мест организованного отдыха и реабилитации населения.

Климатоп лесопарков, входящих в границы городской территории, выполняет роль буфера, отделяющего жилые кварталы от производственных зон и крупных транспортных магистралей и сглаживающего суточные экстремумы температуры и влажности воздуха. В летнее время эти территории служат источником относительно прохладного свежего воздуха для территории прилегающей застройки. Зеленые массивы большой протяженности могут играть роль вентиляционных каналов, обеспечивающих поступление воздуха из пригородных зон или городских лесов.

Климатоп «города-сада» — это тип местного климата, характерный для территорий с низкоплотной малоэтажной застройкой при высокой доле озеленения. Его климатические параметры аналогичны параметрам лугового климатопа, отличие заключается в менее заметном понижении температуры воздуха в ночные часы и более заметном снижении средней скорости ветра.

Климатоп жилых районов выделяется в основном в районах средней периферии с застройкой средней и высокой плотности со сплошным фронтом зданий вдоль магистралей и озелененными внутридворовыми пространствами. Аналогичный тип климата может формироваться в средне- и низкоплотной пятиэтажной застройке с высокой долей озеленения. На этих территориях ночное выхолаживание выражено слабо, воздухообмен с прилегающей территорией затруднен, скорости ветра по сравнению с открытыми пространствами сильно понижены.

Климатоп плотной контрастной застройки получил название «городского климатопа», поскольку имеет наиболее типичные для городского климата черты. Этот климатоп выделяется на территории плотной и высокоплотной застройки, включающей в том числе высотные здания и имеющей низкую долю озелененных пространств. Для такой территории характерны резкий дневной перегрев воздуха и его слабое остывание в ночные часы, что приводит к формированию острова тепла на фоне низкой влажности воздуха по сравнению с пригородными районами. Застройки этого типа сильно снижают скорость ветра в приземном слое, затрудняют воздухообмен с прилегающими территориями и вышележащими слоями атмосферы. В то же время на территории городского кли-матопа могут формироваться зоны струйных течений вдоль улиц и участки с контрастными скоростями ветра при обтекании воздухом отдельных зданий.

Климатоп исторической застройки формируется в плотной малоэтажной застройке с низкой степенью озеленения и высокой долей искусственных покрытий. Для этой застройки характерны замкнутые и полузамкнутые внутридворовые пространства и сплошной фронт застройки улиц, имеющих, как правило, небольшую ширину. Это определяет главную особенность климатопа — его низкий аэрационный потенциал (воздухообмен с окружающим пространством). Влияние на температурный фон в исторической застройке состоит в заметном повышении дневных температур и слабо выраженном смягчении их ночных минимумов в приземном слое атмосферы.

Среди морфотипов московской исторической застройки этот климатоп сильнее всего выражен на территориях периметральнокомпактной застройки рубежа XIX—XX вв. с включениями зданий середины XX в., формирующей непрерывный 5—7-этажный фронт застройки по периметру кварталов и высокоплотную, скомпонованную по периметру границ исторических домовладений застройку внутри кварталов.

Климатоп деловых центров пока не имеет широкого распространения на территории Москвы и других крупных городов России. Он формируется в условиях современной высокоплотной, практически лишенной озеленения застройки, состоящей из высотных зданий, расположенных на минимальном расстоянии друг от друга. Характеризуется он устойчивым в течение суток и года повышенным температурным фоном и низкой влажностью воздуха. Скорость ветра в приземном слое атмосферы имеет очень низкие значения, однако влияние такой застройки прослеживается до больших высот и распространяется далеко за пределы ее границ.

Климатоп коммунально-складских зон — тип местного климата, формирующегося на территориях с низкой долей озеленения, плотно застроенных малоэтажными зданиями производственного и коммунального назначения (склады, цеха, супермаркеты, гаражи) и с большой долей искусственных покрытий. На таких территориях днем интенсивно развивается остров тепла, а ночью возможно переохлаждение воздуха по сравнению с естественными условиями из-за его низкой влажности и повышенного коэффициента излучения подстилающей поверхности. Поле скорости ветра характеризуется высокой контрастностью — наряду с зонами застоя воздуха формируются зоны постоянно высоких скоростей ветра, но в среднем для территории скорость ветра мало отличается от фоновой.

Климатоп производственных зон, в отличие от предыдущего кли-матопа, формируется на территориях производственных зон сравнительно старой застройки, где здания имеют большую этажность и плотность и завершаются скатными кровлями. Степень озеленения здесь крайне низкая, не занятая застройкой территория почти полностью покрыта искусственными покрытиями. Такая застройка имеет большую тепловую инерцию и выделяет в атмосферу большое количество тепла техногенного происхождения. В суточном и годовом ходе прослеживаются повышенный температурный фон и низкая влажность воздуха. Воздухообмен затруднен, скорости ветра всегда ниже средних по городу.

Как самостоятельный тип выделяется климатоп транспортных магистралей. При достаточной ширине (более 50 м) автомобильных и железнодорожных магистралей на их территории могут формироваться специфические условия ветрового и температурного режима. Днем поверхность магистралей перегревается, а ночью быстро остывает, становясь холоднее поверхности естественного рельефа. Однако температура воздуха ночью выше фоновой в связи с интенсивной эмиссией техногенного тепла. Территории крупных транспортных магистралей хорошо проветриваются и сами часто служат «коридорами проветривания» для прилегающих районов. При определенных типах примагистральной застройки ветер, дующий вдоль магистралей, может даже усиливаться по сравнению с фоном (эффект «ветрового каньона»).

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >