CC BY
10Особенности формирования аэрационного режима
склоновых территорий предназначенных
для градостроительного освоения в условиях АЗРФ
Коробейникова Анна Евгеньевна,
аспирант, старший преподаватель, кафедра градостроительства, НИУ МГСУ "Национальный исследовательский московский государственный строительный университет", [email protected]
Целью данной статьи является поиск закономерности между аэрационным режимом и уклоном склоновых территорий при градостроительном их развитии. Вопрос градостроительного освоения склоновых территорий важен и актуален поскольку большое количество резервных территорий городов являются территориями со сложным нарушенным рельефом. Помимо сложности заключающихся в инженерной подготовке таких площадок существуют сложности в организации биоклиматического комфорта застройки, поскольку аэрационный и гидрологический режим склоновых территорий изменен. Методы и приемы создания комфортных и безопасных условий проживания для застройки на равнинной местности не могут быть применены для склоновых с той же эффективностью, поскольку на аэрационный и гидрологический режим будет непосредственно влиять морфология и геометрия склонов. Актуальность исследования также связана с повышенным интересом к развитию поселений Арктической зоны РФ где большое количество территорий со сложным рельефом. Ключевые слова: Арктика; биоклиматическая комфортность; ландшафт; климат; склоновые территории; рельеф; аэрация; пограничный слой; устойчивое развитие
Градостроительное освоение склоновых территорий АЗРФ в последнее время становится все более и более популярным направлением для научных и практических исследований. Это связано с усилением стратегической значимости региона. Причиной тому является выгодное транс-портно-географическое положение и богатым ресурсным потенциалом [1]. В рамках программы направленной на формирование восьми опорных зон развития, приоритетными проектами для большинства из которых станет создание минерально-сырьевых центров градостроительное освоение территории Арктики и создание комфортных условий проживания станет приоритетной задачей. Сложность организации застройки помимо прочего в непростых климатических условиях Арктической зоны РФ. Так основной проблемой является сложный рельеф, низкие температуры и сильные ветра. На данный момент большое количество резервных территорий под застройку являются склоновыми.
Выбор участка слона для дальнейшей застройки непростая задача, поскольку от правильного выбора участка зависит дальнейшая комфортность проживания людей, поскольку морфология склона будет непосредственно влиять на скорость и характер ветровых потоков.
Для того чтобы понять характер влияния морфологии склонов с различными характеристиками на аэрационный режим мною был организован эксперимент по численному моделированию ветровых потоков направленных вдоль склона вниз на разных углах наклонной плоскости в программе ANSYS Fluent. Для сбора необходимых данных были проанализированы территории предназначенные под жилую застройку села Белокамен-ка, расположенной в Кольской опорной зоне. В качестве условий эксперимента были выбраны уклоны расположенные на территории предназначенной для жилой зоны (рис. 1). Уклоны территории отведенной под жилую застройку согласно Карте Функциональных зон ЗАТО Александрова варьируются от 2° до 23°.
х
X
о
го А с.
X
го m
о
ю 8
М О
to
Рис.1 Карта уклонов села Белокаменка, расположенной в Кольской опорной зоне
При уклоне 9,10° поток в нижней части склона отрывается, это может быть не очень хорошо видно при общей картине склона, но видно слева внизу, что скорость потока там очень мала (рис. 6).
отрыв потока
Рисунок .4 Вектора скорости при уклоне 9,10°
о>
о
см
00 О!
О Ш
т
X
<
т О X X
Рисунок .2 Вектора скорости при уклоне 1,84°
# # ч» #
<1 чг V V *
1
При уклоне 12,65° уже явно видно, что поток оторвался, образуются вихри и при этом точка отрыва потока находится не внизу склона, а гораздо выше.
Также необходимо рассмотреть вариант набегающих ветровых потоков направленных вдоль склона вверх. При движении потока по поверхности с уклоном вверх, градиент давления отрицательный (до точки М), градиент скорости положительный, скорость растет, потом в наиболее высокой точке градиент давления равен 0, скорость потока максимальна, потом наоборот градиент давления положительный градиент скорости отрицательный, т.е скорость падает, давление растет (рис.6). Здесь мы видим не турбулизацию пограничного слоя, а образование турбулентного следа. Его образование как правило связано с тормозящим действием отрицательного продольного градиента давления в обтекающем потоке.
ту рбу лизания
Рисунок .3 Вектора скорости при уклоне 5,49°
Для того чтобы понять характер влияния морфологии склона и его макрошероховатости на аэрационный режим было предложено обратиться к теории пограничного слоя Г. Шлихтинга. В эксперименте были рассмотрены характерные для выбранной местности склоны без застройки от 1° до 23°. Результаты эксперимента показали что при уклоне 1,84° вектора скорости на склоне почти параллельны, пограничный слой практически отсутствует (рис. 4), можно считать его близким к ламинарному.
На уклоне 5,49° пограничный слой турбулизи-руется (рис. 5), но отрыва потока нет (при этом скорость в турбулентном пограничном слое в среднем выше, чем в ламинарном, но все же незначительна)
Рис. 5 Эпюра скоростей в пограничном слое при отрыве потока при движении вверх
Рассматривая результаты эксперимента по численному моделированию набегающих ветровых потоков направленных вдоль склона вверх на разных углах наклонной плоскости мы видим что
значительных изменений в аэрационный режим территории не происходит.
При уклоне 5,49° и при 9,10° скорость в пограничном слое немного растет, в расчетной области почти не меняется. При 12,65° скорость в пограничном слое растет, в расчетной области почти не меняется.
Таким образом принимаем склоновыми территории с углом наклона более 2°. Уклон влияющий на аэрацию застройки на микроуровне территории с 5°, на мезо с 9°. Уклон способный внести изменения в аэрационный режим застройки на макроуровне (а также на мезо и микроуровне нижерасположенной по склону застройки) с 12°. Для застройки склоновых территорий в условиях низких температур наиболее выгодным является пограничное состояние потока пока он в пограничном состоянии и замедляется у подножья склона, то есть с 9° до 12°.
При господствующем набегающем ветре склон в наименьшей степени влияет на изменение аэрационного режима территории. Основной метод сбора исходных данных по территории - это оценка масштаба форм ее ландшафта. Необходимо уточнить, что склоны, холмы и объекты геопластики имеют различный масштаб, и это отражается во влиянии на аэрационный режим территории. Они могут быть отнесены к различным аэродинамическим шероховатостям в зависимости от их высоты, например, согласно классификации предложенной П.П. Коваленко и Л.Н Орловой, на основании исследовании Ф.Л. Серебров-ского склоны и холмы выше 18-20 метров это аэродинамические макрошероховатости (рис.1.), склоны и геопластика высотою свыше 2 метров и менее 20 метров являются аэродинамическими мезошероховатостями (рис.2), геопластика высотой менее 2 метров относится к аэродинамическим микрошероховатостям (рис.3). Для расчета влияния рельефа на аэрационный режим принято использовать таблицу Ф.Л. Серебровского, но в случае застройки поселений АЗРФ ее будет недостаточно, так как помимо учета влияния морфологии склона на аэрацию необходимо учитывать и влияние самой застройки и ее расположение относительно склона. Таким образом можно сделать вывод что в каждом отдельном случае нужны дополнительные исследования проектных предложений при помощи программ для моделирования ветровых потоков или экспериментов в аэротрубе.
Литература
1. Лаженцев, В. Н. Север России: вопросы пространственного и территориального
развития [Текст] / В. Н. Лаженцев. - Сыктывкар: ИСЭиЭПС / Коми научный центр УрО РАН, 2015. - 176 с.
2. Руденко Д. Ю. Анализ демографических процессов в российской Арктике //МИР (Модерни-
зация. Инновации. Развитие). - 2015. - Т. 6. - №. 4-1 (24).
3. Мягков М.С., Губернский Ю.Д., Конова Л.И., ЛицкевичВ.К. Город, архитектура, человек и климат. Под ред. к.т.н. М.С.Мягкова.// М.: Изд-во «Ар-хитектура-С», Москва, 2006, С. 77-80.
4. Руководство по оценке и регулированию ветрового режима жилой застройки. М. : ЦНИИП градостроительства, 1986
5. В. Р., Эббот Д., Поллит K. Градостроительство на склонах //М.: Стойиздат. - 1988.
6. Путинцев Э. П. Комплексная концепция северного градостроительства: Северное градостроительство в I климатическом районе: автореферат дис.... доктора архитектуры: 18.00. 04/Путинцев Эдуард Петрович //М., МАРХИ. -
2005.
7. Вальгер С. А., Федоров А. В., Федорова Н. Н. Моделирование несжимаемых турбулентных течений в окрестности плохообтекаемых тел с использованием ПК ANSYS Fluent //Вычислительные технологии. - 2013. - Т. 18. -№. 5.
8. Щербина Е., Власов Д., Данилина Н. Устойчивое развитие поселений и урбанизированных территорий. - Litres, 2017.
9. Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология. - Изд-во Московского ун-та,
2006.
10.Коваленко П. П., Орлова Л. Н. Городская климатология //М.: Стройиздат. - 1993. - Т. 134. C. 144 с.
11.Серебровский Ф. Л. Аэрация населенных мест //М.: Стройиздат. - 1985. - Т. 170.C. 172 с
12.Guo W., Liu X., Yuan X. A case study on optimization of building design based on CFD simulation technology of wind environment //Procedia Engineering. - 2015. - Т. 121. - С. 225-231.
13.Kalmikov A. Uncovering MIT wind myths through micro-climatological CFD analysis //arXiv preprint arXiv:1310.3538. - 2013.
14.Fadl M. S., Karadelis J. CFD simulation for wind comfort and safety in urban area: A case study of Coventry University central campus //International Journal of Architecture, Engineering and Construction. - 2013. - Т. 2. - №. 2. - С. 131-143.
15.Guo W., Liu X., Yuan X. Study on natural ventilation design optimization based on CFD simulation for green buildings //Procedia Engineering. - 2015. - Т. 121. - С. 573-581.
Features of the formation of the aeration regime of slope areas intended for urban development in the Russian Arctic Korobeinikova A.E.
Moscow State University of Civil Engineering (MGSU) National
Research University The Purpose of this article is to find a pattern between the aeration regime and the slope of the slope areas in their urban development. The issue of urban development of slope areas is important and relevant because a large number of reserve
X X О го А С.
X
го m
о
ю 8
М О
to
areas of cities are areas with complex disturbed terrain. In addition to the complexity of the engineering preparation of such sites, there are difficulties in the organization of bioclimatic comfort of building, since the aeration and hydrological regime of slope areas has been changed. Methods and techniques for creating comfortable and safe living conditions for development on flat terrain can not be used for slopes with the same efficiency, since the aeration and hydrological regime will directly affect the morphology and geometry of the slopes. The relevance of the study is also associated with an increased interest in the development of settlements in the Arctic zone of the Russian Federation where a large number of areas with difficult terrain. Key words: Arctic; bioclimatic comfort; landscape; climate; slope territories; relief; aeration; boundary layer; sustainable development; smart city References
1. Lazhentsev, V. N. North of Russia: spatial and territorial issues development [Text] / V. N. Lazhentsev. - Syktyvkar: ISEiEPS /
Komi Scientific Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2015. - 176 p.
2. Rudenko D. Yu. Analysis of demographic processes in the Russian Arctic // MIR (Modernization. Innovations. Development). - 2015. - T. 6. - No. 4-1 (24).
3. Myagkov M.S., Provincial Yu.D., Konova L.I., Litskevich V.K.
City, architecture, people and climate. Ed. Ph.D. M.S.Myagkova. // M .: Publishing house "Architecture-S", Moscow, 2006, S. 77-80.
4. Guidance on the assessment and regulation of the wind regime
of residential development. M.: Central Research Institute of Urban Planning, 1986
5. V.R., Abbott D., Pollit K. Urban planning on the slopes // M .:
Stoyizdat. - 1988.
6. Putintsev P. A Comprehensive Concept of Northern Urban
Planning: Northern Urban Planning in the I Climate Region: Abstract of the dissertation ... Doctors of Architecture: 18.00. 04 / Putintsev Eduard Petrovich // M., MARCHI. - 2005.
7. Valger S. A., Fedorov A. V., Fedorova N. N. Modeling of incompressible turbulent flows in the vicinity of poorly streamlined bodies using ANSYS Fluent PC // Computational technologies. - 2013. - T. 18. - No. five.
8. Scherbina E., Vlasov D., Danilina N. Sustainable development
of settlements and urbanized territories. - Litres, 2017.
9. Khromov S. P., Petrosyants M. A. Meteorology and climatology.
- Publishing house of Moscow University, 2006.
10. Kovalenko P. P., Orlova L. N. Urban climatology // M .: Stroyizdat. - 1993.- T. 134.P. 144 p.
11. Serebrovsky F. L. Aeration of populated areas // M .: Stroyizdat. - 1985. - T. 170.C. 172 s
12. Guo W., Liu X., Yuan X. A case study on optimization of building design based on CFD simulation technology of wind environment // Procedia Engineering. - 2015.- T. 121. - S. 225231.
13. Kalmikov A. Uncovering MIT wind myths through micro-climatological CFD analysis // arXiv preprint arXiv: 1310.3538.
- 2013.
14. Fadl M. S., Karadelis J. CFD simulation for wind comfort and safety in urban area: A case study of Coventry University central campus // International Journal of Architecture, Engineering and Construction. - 2013. - T. 2. - No. 2. - S. 131143.
15. Guo W., Liu X., Yuan X. Study on natural ventilation design optimization based on CFD simulation for green buildings // Procedia Engineering. - 2015.- T. 121.- S. 573-581.
a>
o
CN
00
01
O HI
m x
<
m o x
X
