CC BY
19УДК 711.16
Орлов А.А.
Студент 2 курса магистратуры кафедры градостроительства Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
КЛИМАТИЧЕСКОЕ ЗОНИРОВАНИЕ ПРИДОМОВЫХ ТЕРРИТОРИЙ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
Аннотация: в данной статье был проведен расчет климатического зонирования территорий различного типа. На основе полученных результатов были разработаны рекомендации по оптимальному размещению зон благоустройства. Даны рекомендации по зонированию территории в зависимости от ветрового, температурного режима и затенения, а также рекомендации по расположению зданий и сооружений в зависимости от климатических условий региона.
Ключевые слова: ENVI-met, архитектурно-климатическое зонирование, ветровой режим, планировка и застройка, моделирование микроклимата.
Российская Федерация имеет 4 климатических района для строительства: I, II, III, IV, где каждый район подразделяется на подрайоны: !А, Ш, Ш, Г, Щ, НА, ПБ, ПВ, ПГ, ША, ШБ, ШВ, IVА, ^Б, ^В, ГУГ согласно схематической карте климатического районирования для строительства [1]. Территории имеют свои характерные особенности, которые учитываются при строительстве зданий и сооружений. Однако чаще при планировке территорий и комплексной застройке и размещении общественных объектов не учитывают климатические особенности.
Большинство российских городов не имеет требований по размещению тех или иных зон при комплексной застройке и проекте планировки территорий, в частности городские нормы г. Архангельска не имеют указанных требований. Исключением является г. Москва, где разработаны документы для планирования комплексной застройки. Однако в этих документах раскрывается далеко не все элементы проектирования планировки территории.
Таким образом, можно сделать вывод, что, несмотря на то, что существуют различные объемно планировочные решения для проектирования зданий и сооружений при различных климатических условиях и уже разработаны программные комплексы для проведения микроклиматического расчета (например, ЕКУЬте1), данная практика в России не распространена [2].
К основным метеоэлементам, влияющим на биоклиматические показатели городской среды, относятся интенсивность солнечной радиации и теплового излучения ограждающих конструкций
зданий и подстилающей поверхности, температура и влажность воздуха, скорость ветра [3, 4]. На характеристику диффузной отражательной способности поверхности застроенных территорий наряду с высотой Солнца и соотношением прямой и рассеянной радиации оказывают влияние такие параметры как плотность застройки и характерное отношение расстояния между зданиями к их высоте [5].
Территория Архангельска входит в пурговый район, где характерен перенос большого объема снега за зиму и средняя годовая скорость ветра составляет 7-8 м/с, [6] который можно определить как сильный ветер (согласно шкале Бофорта [7]). Для г. Архангельска в теплое и холодное время суток взяты значения в соответствии с нормами и статистическими данными [1, 8, 9].
Для расчета микроклиматических характеристик (скорость ветрового потока, минимальные и максимальные температуры, зоны падающих теней) взято 4 территории (морфотипа), соответствующие следующим параметрам:
морфотип смешанной застройки (морфотип А) - характеризуется смешанной деревянной и каменной застройкой примерно в равных долях, площадь составляет 706 607 м2, (70,6 га), расположен на территории административного округа «Майская горка» (рисунок 1);
морфотип с преимущественно каменной застройкой (морфотип В) - характеризуется наличием только каменной застройкой либо преобладание в большинстве каменных зданий и сооружений, площадь составляет 387395,3 м2, (38,73 га), расположен на территории «Октябрьского» административного округа (рисунок 1);
морфотип с устойчиво деревянной застройкой (морфотип С) - характеризуется практически полным доминированием деревянной застройки над каменной, площадь составляет 833 656 м2, (80,3 га), расположен на территории Соломбальского административного округа (рисунок 1);
морфотип с преимущественно деревянной застройкой (морфотипБ) - характеризуется преобладанием (возможно значительным) деревянной застройкой над каменной, площадь составляет 255 126,8 м2, (25,5 га), расположен на территории административного округа «Майская горка» (рисунок 1).
Этажность территории представлена на рисунке 2.
Рисунок 1 - Морфотипь^, B, ^ D слева направо; квадратами выделены зоны расчета программным
комплексом ENVI-metLite
Морфотип А
Морфотип В
Морфотип О
12 этажей ■ 14 этажей
■ 1 этаж
■ 2 этажа
■ 3 этажа
■ 4 этажа
■ $ этажей
■ 6 этажей
■ 9 этажей
с 10 этажей
Рисунок 2 - Этажность морфотипов, %. Морфотип С не включен так как постройки на морфотипе С
Использование программного комплекса БКУ1-ше1Ы1е и данных метеоусловий для Архангельска получены следующие планы вертикальных разрезов на расчетное время 10.07.2018 и 07.01.2018 с 07:00 до 8:00.
Данные за январь 2018 года [8, 9]:
температура (°С): среднее значение: -5,8; минимальное: -20,0; максимальное: 3,0;
относительная влажность на высоте 2 метра над поверхностью земли (%), среднее: 72; максимальное: 95;
максимальное значение порыва ветра на высоте 10-12 метров над земной поверхностью за 10-минутный период, непосредственно предшествующий сроку наблюдения (м/с), среднее: 11,8; максимальное: 17,0;
максимальный процент направление ветра (румбы) на высоте 10-12 метров над земной поверхностью, осредненное за 10-минутный период, непосредственно предшествовавший сроку наблюдения (%): юго-юго-западное - 26,5.
Данные за июль 2018 года взяты аналогично.
Результаты расчетов морфотипов в программном комплексе БКУ1-ше1Ы1е (рисунки 3-7, 1226) продемонстрированы на отдельных листах.
У морфотипа А (рисунки 3, а - д) в летнем режиме зоны дискомфорта по фактору механического воздействия ветра (отмечены зеленым и желтыми цветами) на открытых и замкнутых пространствах, зоны увеличения скорости ветра находятся по большей части между домами и на территории проездов (отмечены красным и оранжевым цветом). Зоны минимальной ветровой активности находятся в большинстве своем вдоль длинных фасадов зданий, причем зоны отличаются в зависимости от этажности. По ветровой активности также можно соотнести зоны минимального и максимального снегоотложения.
В зимнем режиме зоны дискомфорта по фактору механического воздействия ветра также находятся между фасадов и на больших площадях, а зоны увеличения скорости ветра и вероятности
представляют из себя одно- и двухэтажные постройки и составляют 99%
обморожения зимойнаходятся также между домами (проезды) и в некоторых местах вдоль фасадов зданий.
Данные подтверждаются расчетами Ленинградским зональным научно-исследовательским и проектным институтом типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий. Проведениев застройке г. Воркуты и пос. Диксон экспериментов, натурных работ и работ с макетами масштабом 1:10 (установка в тундре) и 1:500 (аэродинамическая труба), показывают следующие закономерности [10]. На рисунке 4 представлены кривые изменения скорости ветра перед зданием в зависимости от его протяженности, где, Х1 - расстояние от здания, Н - высота здания.
Рисунок 4 - Изменение скорости ветра перед зданиями различной длины Видно, что у здания протяженностью 4Н безветренно либо движения воздуха неуловимы (шкала Бофорта [7]) наблюдается на расстоянии 1Н. При увеличении длины здания образуется устойчивый вихрь у стены, имеющий у подстилающей поверхности направление, обратное основному потоку [10].
Также отношение высоты здания к его протяженности оказывает влияние на снегоотложение (рисунок 5).
Рисунок 5 - Снегоотоложение у макета здания (высота в см) [10]
Как видно из рисунка 5, снегоотложение отстоит от стены здания (наветренная сторона) на высоту здания 1Н на всем протяжении здания, что подтверждается рисунком 4.
Построены два графика: график влияния снижения скорости ветра на высоту снегоотложения (рисунок 6) и график изменения относительной скорости ветра и высоты снежного отложения перед зданием протяженностью 8Н (рисунок 7) [10].
Рисунок 6 - Влияние снижения скорости ветра на высоту снегоотложения [ 10]
Рисунок 7 - Изменения относительной скорости ветра и высоты снежного отложения перед зданием протяженностью 8Н [ 10]
У морфотипа В (рисунки 8, а - д) в летнем и зимнем режиме зоны дискомфорта по фактору механического воздействия ветра наблюдаются у углов некоторых домов, а в некоторых местах наблюдаются зоны увеличения скорости ветра. Также повышенное значения ветра наблюдается на территориях, большинство которых не попадает в теневую зону.
У морфотипа С (рисунки 9, а - д) в летнем режиме зоны дискомфорта по фактору механического воздействия ветра наблюдаются только на малых участках между домами. Также зонами увеличения скорости ветраявляются свободные территории в зимнее и летнее время.
У морфотипаО (рисунки 10, а - д) в летнее время между узких участков домов скорости ветра невысокие (только на некоторых участках), в основном зоны дискомфорта по фактору механического воздействия ветра наблюдаютсяна открытых пространствах. В зимний же период зонами увеличения скорости ветра являются территории на узких участках, а также в свободном пространстве между домов.
Следует отметить, что наветренные и подветренные фасады имеют определенную территорию от фасадов, где скорость ветра значительно понижена. Это подтверждают проведенные эксперименты на макетах 1:50 в полевых условиях и 1:500 в аэродинамической трубе, описанные выше [10]. Повышение значения ветра в разрывах между зданиями, иногда даже выше чем набегающий воздушный поток, называется «ветровым каньоном» [11]. Для борьбы с таким явлением, существуют определенные градостроительные меры, как, например, в Москве.
Грамотное озеленение территории, а также регулирование этажности застройки и размещения объектов капитального строительства позволяет снизить ветровой поток. Также для достижения ветрового комфорта рекомендуется применение полузамкнутых и замкнутых групп домов, полузамкнутая часть которых должна располагаться в подветренном направлении по отношению к зимним ветрам [12].
Этажность в переделах группы зданий или квартала следует увеличивать по
направлению неблагоприятного ветрового потока. В таком случае часть ветровых
нагрузок, создаваемых нисходящими потоками воздуха, возникающими при
обтекании зданий, будет восприниматься не территорией городской застройки, а
кровлями более низких секций, расположенных с наветренной стороны [7]. Не
рекомендуется устраивать жилые микрорайоны повышенной этажности на границе с
крупными лесопарками, так как из высокой разницы температур и возникающей
вследствие этого термической конвекции, происходит образование вихревых потоков
воздуха, скорость ветра значительно увеличивается. В этом случае оптимальным
87
решением будет размещение внутри застройки «зеленых коридоров» в виде небольших лесополос и скверов, непрерывно связанных друг с другом, которые будут принимать на себя большую часть ветровых нагрузок и нивелировать разницу температур между лесопарком и застройкой [12].
Территории, рассмотренные выше, отличаются по своим характеристикам застройки, в том числе этажностью. Однако некоторые закономерности при проведении расчетов были получены и подтверждены ранее проведенными экспериментами и расчетами [2, 10].
Для морфотипа А рекомендуется внутренние дворы использовать для рекреации придомовых территорий с озеленением и расстановкой малых архитектурных форм. Открытые территории внутри двора с минимальным повышением ветра также можно использовать для озеленения. Открытые участки и участки «ветровых каньонов» можно рассматривать как зоны для проездов, ветер способствует переносу снега с проезжих частей. Озеленение также должно служить для защиты от переноса с транспортных путей пыли. Затененные участки и участки тенейвозможно рассматривать как места для устройства различных площадок. Стоит обратить внимание на территории с минимальным ветровым потоком, в таких местах возможны застои воздуха, поэтому необходимо сохранение минимального движения воздуха, а также озеленение территорий.
Для морфотипа В рекомендуется внутреннее пространство, окруженное домами,
отдавать под различные площадки для населения и рекреацию, не допускать стоянку
автотранспорта, в том числе гаражей, т.к. на этих территориях наблюдается
минимальный ветровой поток, даже возможен застой. Нахождение автотранспорта
провоцирует скопление вредных веществ на этих территориях. При увеличении
ветрового потока через эти территории теряется их ценность как зона отдыха местного
населения. Возможны пути создания комфортных пешеходных связей на свободных
пространствах между домами, имеющих минимальный ветровой поток. Однако
необходимо сохранение движение воздуха для предотвращения застоя. На территории
где наблюдаются высокие ветровые потоки, возможен вывод стоянки автотранспорта
и транспортных путей. Затененные участки - участки не подверженные перегреву,
88
также дают возможность рассмотреть их как зоны отдыха населения. Этажность застройки необходимо держать в пределах одного уровня либо всячески избегать резких перепадов.
Морфотип С состоит из частных построек более чем 90%, менее 10% являются малоквартирные малоэтажные дома. Зона с минимальным ветровым потоком представлена вокруг домов. Основное требование к территории - сохранять постоянную этажность или менять постепенно. Внутренние территории малоквартирных домов возможно защитить от ветра. Они имеют потенциал для размещения комфортной дворовой рекреации и различных площадок. Ввиду низкой этажности находятся зоны возможного перегрева - требуется озеленение территории.
Морфотип Э имеет частные постройки 1-2 этажа и малоквартирные малоэтажные дома. Зон перегрева также много, поэтому необходима компенсация озеленением. Зоны с высокой ветровой нагрузкой использовать для стоянок автомобилей. У многоквартирного 5-этажного дома самая большая зона перегрева, однако там же и зона минимального ветра. Возможноорганизовать озеленение и зон различных площадок. Открытые территории с большим ветровым потоком можно использовать для парковых зон путем озеленения и устройства малых архитектурных форм. Необходимо сохранить минимальный застрой воздуха и устройство стоянок там, где застой воздуха не наблюдается.
При проектировании комплекса застроек и точечных застроек нужно учитывать влияние возводимых объектов на микроклимат территории. Изменение этажности также требует таких расчетов. Грамотное озеленение является отличным инструментом управления микроклиматом территории, позволяющим тем территориям, которые выгодны застройщику, превращать из потенциально не желательных для размещения в перспективные и комфортные. Рекомендуется создание справочных и нормативных материалов для оценки аэрации и ветровых потоков территорий в жилых районах г. Архангельска.
Рисунок 3 - Результаты расчета участка морфотипа А: а) скорость ветра в летнем режиме, б) температура воздуха в летнем режиме, в) скорость ветра в зимнем режиме, г) температура воздуха в зимнем режиме, д) территория теней в летнем режиме (сверху вниз)
Рисунок 8 - Результаты расчета участка морфотипа В: а) скорость ветра в летнем режиме, б) температура воздуха в летнем режиме, в) скорость ветра в зимнем режиме, г) температура воздуха в зимнем режиме, д) территория теней в летнем режиме (сверху вниз)
Рисунок 9 - Результаты расчета участка морфотипа С : а) скорость ветра в летнем режиме, б) температура воздуха в летнем режиме, в) скорость ветра в зимнем режиме, г) температура воздуха в зимнем режиме, д) территория теней в летнем режиме (слева направо)
Рисунок 10 - Результаты расчета участка морфотипа D: а) скорость ветра в летнем режиме, б) температура воздуха в летнем режиме, в) скорость ветра в зимнем режиме, г) температура воздуха в зимнем режиме, д) территория теней в летнем режиме (слева направо)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», схематическая карта климатического районирования для строительства (рекомендуемая),- 124 с.;
Мaклакoвa TT., ^^TOBa C.M., Шаpапенкo B.r., Бaлaкина A.E. Архитектура // Издательство АСВ. 2004. С. 467;
Дроздов О.А., Васильев В.А., Кобышева Н.В. Климатология // Гидрометеоиздат. 1989. С.596; Попова И.В. Методика геоэкологической оценки комфортности городской среды с учетом микроклиматических особенностей. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. Воронеж. 2018. С.198;
Мягков М.С. Механизм формирования теплового баланса в городской застройке на примере г. Москвы. Автореф. дис. канд. тех. наук: 25:00:30 // Государственный университет по землеустройству. 2004. С. 26; Рудакова В.А., Конова Л.И. Жилищное строительство // Госстройиздат. 1980. С. 19-20;
Мягков М.С., Губернский Ю.Д., Конова Л.И. Город, архитектура, человек и климат // Архитектура-С. 2007. С. 344;
Единое окно доступа ФГБУ «Северное УГМС», [Электронный ресурс]. URL: http://www.sevmeteo .ru/weather/climate/;
Единое окно доступа к сайту по мониторингу погоды ООО «Расписание Погоды» [Электронный ресурс]. URL: https://rp5.ru;
Ионов Ю.Н. О снегоотложениях у одиночных зданий // Особенности планировки и застройки северных населенных мест. Сборник научных трудов. Госгражданстрой. 1974. С. 61-69;
Мягков М.С., Алексеева Л.И. Особенности ветрового режима типовых форм городской застройки // Московский архитектурный институт (государственная академия). AMIT. 2014. №1 (26).
Сазонов Э.В., Попова И.В. Архитектурный анализ микроклимата в условиях городской среды (на примере г. Воронеж) // материалы 4-й международной научно-практической конференции института архитектуры, строительства и транспорта тамбовского государственного технического университета. 2017. С. 96-106.
