CC BY
92Черныш Н.Д., доц., Тарасенко В.Н., канд. техн. наук, доц.
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
МИКРОКЛИМАТ СЕЛИТЕБНОЙ ТЕРРИТОРИИ КАК МНОГОКОМПОНЕНТНАЯ СРЕДА АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
vell.30@mail.ru
Настоящее время отмечено возрастающими объемами застройки жилыми и административными зданиями уже сложившейся селитебной территории. Это влечет за собой неизбежные изменения следующих факторов, из которых складывается микроклимат застройки: вариабельность ветровых нагрузок, изменение направления и скорости ветра в рамках квартала, изменение инсоляции.
Ключевые слова: комфортность пребывания, звукоизоляция, инсоляция, аэрация, микроклимат, селитебная территория.
Настоящее время отмечено быстрым ростом городских территорий, появлением в них новых районов и уплотнением существующей застройки. Все это влияет на микроклимат как целого города так и его отдельных территорий. Микроклимат обладает особенностями, свойственными именно данной территории, которые обусловлены характером застройки, наличием промышленных предприятий, почвенным покрытием, распределением зеленых насаждений и водоемов. В исследованиях разных авторов [1...3] с целью оценки биометеорологических показателей селитебной территории говорится об особенностях микроклимата в городе в общем по сравнению с пригородными и открытыми территориям того же климатического района.
На формирование микроклимата города, помимо природных условий, оказывают влияние условия, создаваемые городской застройкой, а также функционированием автотранспорта, теплоэлектростанций, промышленных и других предприятий. Городская застройка изменяет природный рельеф: увеличивает шероховатость подстилающей поверхности (например, формирует котловинные условия на фоне равнинного рельефа), включает множество вертикальных поверхностей, создает пересеченную местность. Кроме того, теплофизические свойства (теплоемкость и отражательная способность) элементов городской застройки (стен зданий, крыш, дорог, мостовых) отличаются от теплофизиче-ских свойств элементов природного окружения. Почва города скрыта под строениями и дорожными (асфальтовыми) покрытиями.
Перечисленные особенности городской территории определяют факторы формирования микроклимата города:
— изменение рельефа, обусловленное городской застройкой;
— различие теплофизических свойств поверхностей элементов городской застройки и природного окружения;
— искусственные потоки тепла;
— загрязнение воздуха;
— снижение испарения из-за значительной площади элементов мощения в городской застройке;
— резкое уменьшение площади поверхности с растительным покровом и естественной почвой и др.
Эти факторы влияют на микроклимат города одновременно, но их вклад в разное время года и в различных климатических условиях весьма различен. Они вызывают изменение естественного радиационного баланса, условий тепло- и массообмена, нарушение естественного круговорота влаги. Все это определяет микроклиматическую изменчивость общеклиматических режимов в отдельных районах крупного города.
Повышение температуры объясняется нагревом элементов застройки за счет поглощения ими солнечной радиации и отражением радиации городскими поверхностями, а также уменьшением эффективного излучения тепла над городом. Величина отраженной радиации зависит от наклона и ориентации поверхностей, а также от альбедо строительных и дорожных материалов. При этом может происходить взаимооблучение элементов застройки, а вблизи ин-солируемых поверхностей городского окружения может значительно возрасти температура воздуха. Из-за загрязнения атмосферного воздуха, а также неоднородностей подстилающей поверхности, обусловленных застройкой, ослабляется эффективное излучение над городом и соответственно уменьшается его ночное охлаждение. Кроме того, на испарение влаги асфальтным покрытием и другими городскими поверхностями тратится значительно меньше энергии, по сравнению с энергией, необходимой для испарения влаги растительным покровом. Поэтому в приземном слое воздуха городской территории, за счет малого расхода энергии на испаре-
ние влаги, остается значительно больше тепла по сравнению с территорией окрестностей.
Повышение температуры воздуха внутри города по сравнению с температурой окружающей местности приводит к образованию так называемого «острова тепла» над городом - области повышенной температуры воздуха, которая имеет вид купола. Размер «острова тепла» и другие его показатели зависят от метеорологических условий и особенностей города. «Остров тепла» разрушается ветром или атмосферными осадками, но устойчив в безветрие. На высоте до нескольких сот метров по границам «острова» происходит циркуляция масс теплого и холодного воздуха. Вертикальная скорость воздушных потоков сравнительно небольшая. В «острове тепла» давление атмосферного воздуха понижено. Это способствует притягиванию облаков верхних слоев атмосферы. Поэтому облака над городом расположены значительно ниже, чем над открытой местностью. Восходящие потоки воздуха образуют кучевую облачность. Образование «острова тепла» вызывает уменьшение притока солнечной радиации на территорию крупного города, увеличение количества атмосферных осадков, увеличение повторяемости туманов.
Элементы городской застройки и зеленые насаждения изменяют скорость ветра и его направление. Обычно скорость ветра в городе меньше, чем за его пределами. Усиление ветра возможно при расположении города на холмах или при совпадении направления ветра с направлением улиц. Для городов, где скорости ветра незначительны, характерны местные циркуляции воздуха. Причиной их возникновения может быть разная температура или освещенность отдельных участков городской территории. Движение воздуха, называемое термическим проветриванием, возникает между городом и его окрестностями, между зеленым массивом и территорией застройки, между нагретой солнцем и затененной частью улиц. Наличие водоемов способствует формированию местной циркуляции, подобной бризам.
Ветровой режим приземного слоя воздуха в условиях городской застройки принято называть аэрационным режимом. Аэрационный режим считается комфортным, если скорости ветра на территории застройки находятся в пределах от 1 до 5 м/с [4]. Участки городской территории, где скорость ветра меньше 1 м/с, относят к непроветриваемым, а более 5 м/с - к зонам продувания. Отдельно выделяют комфортный аэрационный режим (скорость ветра от 1 до 3 м/с) и аэрационный режим, близкий к комфортному (скорость ветра от 3 до 5 м/с) [4]. Непроветрива-
емые участки городской территории, или зоны застоя воздуха, создают антисанитарное состояние. Зоны продувания дискомфортны для человека.
Влажность воздуха в городах ниже по сравнению с окрестностями. Это связано с повышенными температурами атмосферного воздуха и меньшим содержанием в нем влаги за счет снижения количества испарений. Наибольшая разница по влажности воздуха между городом и его окрестностями в течение года наблюдается летом, а в течение суток - в вечерние часы. В зимнее время воздух города может быть более увлажнен за счет выбросов пара техногенными источниками. Зимой в городе выпадает меньше снега, а летом выпадает больше дождей.
Погодные условия могут оказывать негативное влияние на самочувствие человека, могут вызывать чувство комфорта. Погодой называют состояние атмосферы в данном месте в определенный момент или за ограниченный промежуток времени (сутки, месяц). Погода обусловлена физическими процессами, происходящими при взаимодействии атмосферы с космосом и земной поверхностью. Погоду характеризуют метеорологические показатели: атмосферное давление, температура и влажность воздуха, скорость и направление ветра, инсоляция, диффузная естественная освещенность, радиационный фон.
Современная городская застройка представляет собой сложную многокомпонентную среду обитания, микроклиматические условия которой влияют на состояние организма человека и часто приводят к ограничению возможности использования территории микрорайона для различных видов бытовой деятельности, игр детей (в первую очередь дошкольного возраста) и отдыха.
В градостроительстве решающую роль играет прямая солнечная радиация, которая оценивается инсоляционным режимом. Инсоляци-онный режим - режим облучения городских территорий и помещений зданий прямыми солнечными лучами. Инсоляцию городской застройки уменьшают облачность и загрязнение атмосферного воздуха. Солнечное облучение необходимо для жизни. Оно оказывает оздоровительное и положительное психологическое влияние на человека. Продолжительность инсоляции регламентируется санитарными нормами и соответствующими параграфами строительных норм [4, 5]. Нормы инсоляции зависят от климатической зоны размещения городской территории. В соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 [6] на территориях игровых площадок, спортивных площадок жилых домов,
групповых площадок дошкольных учреждений, спортивных зон, зон отдыха общеобразовательных школ и школ-интернатов; зоны отдыха лечебно-профилактических учреждений стационарного типа продолжительность инсоляции должна составлять не менее 3-х часов на 50 % площади участка, независимо от географической широты.
СанПиН также определяет гигиенические требования по ограничению избыточного теплового воздействия инсоляции. На территории жилой застройки III и IV климатических районов защита от перегрева должна быть предусмотрена не менее чем для половины игровых площадок, мест размещения игровых и спортивных снарядов и устройств, мест отдыха населения.
Инсоляция на сегодняшний день является достаточно важным фактором проектирования, с которым необходимо считаться как на начальном этапе проектирования зданий различных типов, так и при реконструкции жилой застройки.
Как показывает практика строительства, без наличия надлежащей научной основы, то есть проверенной теории, инженерные расчеты для строительства могут быть неверными, что может привести к непредсказуемым последствиям. Такой необходимой научной основой как раз располагает строительная физика, которая включает: исследование микроклимата помеще-
ний, теплопередачи, влажностного режима и воздухопроницания ограждений; исследования естественного и совмещенного освещения, ин-соляционного режима, разработку световых и цветовых решений; исследования и разработки в области борьбы с шумом и обеспечения оптимальных акустических условий в помещениях. При изучении перечисленных проблем наряду с теоретическими методами широкое распространение имеют экспериментальные методы физических исследований. Экспериментальные методы позволяют выявить характеристики физических свойств материалов и конструкций, определить состояние среды, в которой они эксплуатируются. Установить эксплуатационные качества ограждений (теплозащиту, теплоизоляцию и др.) и помещений (микроклимат, световой и акустический режимы и др.). Изучение тепловых процессов имеет значение для большинства строительных проектов. Например, на основе моделирования основных тепловых процессов можно рассчитать ожидаемый перенос тепла и вещества при различных внешних условиях. Практическое применение таких расчетов очевидно — на их основе можно проектировать строительство зданий в разных климатических условиях, можно определить теплофизические характеристики строительных материалов, необходимые в конкретном случае.
Параметры микроклимата, учитываемые при его нормировании
Рис. 1. Параметры микроклимата, учитываемые при его нормировании в помещении
Перспективы дальнейшего развития строительной физики связаны с использованием новых средств и методов исследований. Например, структурно-механические характеристики материалов и их влажностное состояние в конструкциях зданий изучают с помощью ультразвука,
лазерного излучения и т.п. Распределение температур на поверхностях конструкций, в воздушной среде помещений и потоках воздуха исследуют методами моделирования и термографии на основе закономерностей интерферен-
ции света при различном тепловом состоянии среды.
Таким образом, строительная физика -прикладная наука, на которой базируется грамотное решение вопросов энергосбережения, оптимального освещения и акустического режима зданий, комфортности, плотности и экономичности застройки.
Стоит отметить, что сегодня проект любого строительства разрабатывают в соответствии с требованиями строительных норм, регламентирующих и содержащих необходимую информацию для проектирования строительных работ в различных условиях.
При разработке проекта строительства выпускник вуза должен иметь компетенцию определять строительные нормы, обеспечивающие соблюдение требуемых условий для конкретного строительства, в обязанности которого входит оценка качества строительства в разные временные отрезки: на стадии проектирования, во время строительных работ, после возведения зданий и сооружений, а также на протяжении их эксплуатации.
Для понимания сущности средств и методов создания условий воздушной среды, необходимо иметь представление о температурном и влажностном режимах как воздушной среды сооружения, так и ограждающих конструкций здания. Важно также уметь оценивать и влияние на сооружение внешних условий окружающей среды. Для понимания содержания качества микроклимата полезно иметь в виду, с одной стороны, перечень определяющих его параметров воздушной среды, а с другой, - методы учета комплексного воздействия последних.
Синергизм указанных компонент знаний дает возможность обосновать и логически объяснить особенности принимаемых объемно-планировочных и конструктивных решений зданий и микроклимата городской застройки в целом.
При переходе на обучение по учебным планам подготовки бакалавриата направления «Строительство» и студенты, и преподаватели кафедры столкнулись с рядом проблем. Особо следует обратить внимание на мнение о том, что изучение строительной физики возможно самостоятельно, по мере необходимости и т.п. С сожалением следует отметить, что в общей массе студенты 2-го курса не готовы к восприятию самостоятельных методов работы. Они не умеют работать с литературными источниками информации.
Направление «Строительство» объединяет профили «Автомобильные дороги и аэродромы», «Городское строительство и хозяйство»,
«Производство строительных материалов, изделий и конструкций», «Промышленное и гражданское строительство», «Теплогазоснабжение и вентиляция», «Экспертиза и управление недвижимостью». С учетом требований Федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) в учебных планах всех профилей предусмотрена дисциплина «Основы архитектуры и строительных конструкций (ОАиСК)», содержание которой является единым. При этом содержание дисциплины рекомендовано преподавать одинаково для студентов различных специальностей, не учитывая специфику приобретаемой профессии. Единый для всех контент не позволяет студентам получать профессионально ориентированное знание, дополнительную учебную информацию, выбирать вариативное содержание дисциплин, наиболее полно соответствующее их индивидуальным познавательным интересам.
При разработке рабочей программы курс ОАиСК разделен на два модуля: строительная физика и архитектура гражданских и промышленных зданий. Для студентов дневной формы обучения общий объем лекций 36 часов включает 10 часов лекций по строительной физике, 18 часов лабораторных занятий. Чтение лекций, выполнение лабораторных работ на кафедре осуществляют преподаватели, специализирующиеся на вопросах строительной физики. Это имеет существенное значение для будущей профессиональной деятельности выпускников в связи с актуальностью вопросов обеспечения комфортного микроклимата в помещениях зданий различного назначения, решения задач звукоизоляции и акустики, естественного освещения помещений, инсоляции помещений и территории и др.
В данной ситуации преподаватели руководствуются следующими правилами: при построении содержания дисциплины делать акценты на обязательных требованиях, связанных с формированием, так называемых, стандартных компетенций, которые должны формироваться у обучающихся в технических вузах, а также на специфических требованиях, которые свойственны выпускникам определенного профиля; необходимость подбора методического и содержательного материала дисциплины таким образом, чтобы обучающийся смог осознать в какой области своей профессиональной деятельности он сможет этот материал (знания, умения и навыки) использовать с максимальной отдачей.
Изучение новых понятий, категорий по теме проводится с целью освоения и понимания студентами основных категорий учебной дисциплины, сущности изучаемых явлений и процес-
сов. Анализ различных литературных источников по одной теме дисциплины предполагает не просто заучивание и запоминание учебной информации, изложенной в различных источниках, а ее проработку, сравнение, обобщение, систематизацию, выделение главного, особенного и так далее.
Практические работы, выполняемые студентами, предполагают самостоятельную отработку профессиональных действий по решению основных задач, к выполнению которых студент должен быть готов по окончании вуза.
Жизнь и здоровье людей напрямую зависит от условий, в которых они находятся, поэтому создание правильного микроклимата позволит улучшить многие жизненные показатели.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Петрянина Л.Н., Кузяева Н.А., Дерина М.А. Варианты климатического регулирования микроклимата застройки средствами благоустройства, озеленения и обводнения территории // Пензенский государственный университет архитектуры и строительства [Электронный ресурс]. http://www.rusnauka.com/38_NIEK_2014/Stroitelst vo
2. Исаев А.А. Экологическая климатология. М.: Научный мир, 2001. 458 с.
3. Романова Е.Н., Гобарова Е.О., Жильцова Е.Л. Методы использования системати-
зированной климатической и
микроклиматической информации при развитии и совершенствовании градостроительных концепций. С-Пб., 2000. 159 с.
4. Денисова Ю.В., Тарасенко В.Н. Звукоизоляция жилых и офисных помещений // Образование, наука, производство и управление. Т. II. Белгород: Изд-во БГТУ, 2011. С. 15-17.
5. Коренькова Г.В., Митякина Н.А., Черныш Н.Д. Градостроительная концепция развития и преобразования городской среды Белгорода // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: сб. науч. тр. / Самарский гос. арх.-стр. ун-т (6-10 апреля 2015 г.). Самара, 2015.
6. Коренькова Г.В., Митякина Н.А., Черныш Н.Д. Проблемы реконструкции застройки Белгорода // Магистры - будущая кадровая основа строительной отрасли: сб. статей Между-нар. науч.-метод. конф. Пенза, 2009. С. 88-90.
7. Тарасенко В.Н., Соловьева Л.Н. Проблемы звукоизоляции в жилищном строительстве // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013. № 4. С. 48-52.
9. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2013. Т. 10. №3. С.217-227
10. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Техническое резюме. М.: Росгидромет, 2008. 29 с.
Chernysh N. D., Tarasenko V. N.
THE MICROCLIMATE OF RESIDENTIAL AREAS AS MULTI-COMPONENT ENVIRONMENT OF ARCHITECTURAL DESIGN
Currently there has been growing construction volumes ilimi and administrative buildings already established residential areas. This entails the estates of the following factors that contribute to the microclimate of building: variability of wind loads, and wind speed in the quarter, the change in insolation. Key words: comfort, sound insulation, insolation, ventilation, microclimate, residential area.
