Роль тепловетрового режима в регулировании экологической среды жилища в городах с жарким маловетреным и штилевым климатом Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

------ЖИЛИЩНОЕ -

СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 721.011

А. ГИЯСОВ, д-р техн. наук, О.Н. СОКОЛЬСКАЯ, архитектор ^Ь19792005@ yandex.ru), Таджикский технический университет им. академика М.С. Осими (Душанбе, Республика Таджикистан)

Роль тепловетрового режима в регулировании экологической среды жилища в городах с жарким маловетреным и штилевым климатом

Для жилых и общественных зданий в условиях штиля наиболее верным средством улучшения экосреды помещений является развитие локальных ветров термического происхождения с помощью использования тепловетрового режима архитектурно-строительными средствами, удаляющих и рассеивающих негативные примеси в верхние слои атмосферы. Предложены архитектурно-планировочные, конструктивные решения, активизирующие тепловетровой режим и улучшающие экологическое состояние в помещениях, а также даны рекомендации по благоустройству придомовой территории, которые необходимо учитывать при разработке проекта жилого дома.

Ключевые слова: жилой дом, экология, штиль, тепло, ветер.

Обеспечение микроэкологического комфорта в жилище представляется одной из важнейших задач при архитектурно-строительном проектировании. В среднем 70-80% своего времени человек проводит внутри помещения, а у некоторых категорий людей этот процент еще выше. За последние годы произошли значительные изменения в строительстве зданий и устройстве интерьера за счет использования новых строительных и отделочных материалов: пластиковых оконных блоков; пластмассовых жалюзи; поливинилхлоридных отделочных материалов; ламината; искусственных ковровых покрытий, мебели и бытовых приборов. Таким образом, помещение становится источником различных видов загрязнения воздушной среды, которые в сочетании с радиационными и тепловыми выделениями от бытовых приборов и людей формируют в помещении экологический дискомфорт.

Экологическое состояние внутренней среды помещений тесно связано с экологической ситуацией вблизи жилого здания. Установлено, что в обеспечении экологической чистоты воздушной среды помещений участвует организация оптимального воздухообмена с внешней средой. Гигиеническими исследованиями установлена норма воздухообмена не менее 60 м3/ч на человека, что соответствует условию однократного воздухообмена и минимальной потребности человека в кислороде. Известно, что во всех случаях необходимо увеличение норматива воздухообмена до 100-120 м3/ч. Воздухообмен может быть экологически эффективным лишь в случае, если наружный воздух достаточно чист [1].

В городах, отличающихся жарко-штилевыми климатическими условиями, естественный воздухообмен является основным средством поддержания необходимых эколого-гигиенических условий среды в помещениях. Для формирования благоприятных микроэкологических условий, в горо-

дах с жарко-штилевыми и маловетреными признаками погоды в основу архитектурно-планировочного решения городской застройки следует положить тепловетровой режим, формирующийся под воздействием инсоляции, а при рациональном и целенаправленном использовании способствующий естественному проветриванию помещений и удалению негативных контаминантов от здания с помощью вертикальных конвективных потоков, формирующихся под действием термического режима.

В вопросе удаления негативных примесей от здания в атмосферу следует учитывать, что сами здания являются структурным элементом городской застройки, активно участвующим в улучшении экологической ситуации как в помещениях зданий, так и в прилегающей к зданию территории. В условиях городской застройки движение отдельных частиц или групп частиц происходит иначе, чем в свободной атмосфере.

Здание, которое подвержено действию ветра динамического характера, представляет собой преграду на пути движения воздушного потока, вызывает изменение в полях скоростей ветрового потока и искажает его, тем самым вызывая скопление вредных антропогенных веществ, в большом количестве содержащихся в городском воздухе. Высотные здания на пути воздушных потоков корригируют направление и скорость ветра, в результате чего перед зданием в непосредственной близости наветренной стороны образуется так называемая мертвая зона. Над зданием скорость движения ветра значительно увеличивается, а за зданием в заветренной стороне на расстоянии от него (5-10 высот здания) снижается и далее достигает первоначального значения. Наряду с этим в заветренной стороне здания образуется циркуляционная зона. Эти так называемые мертвая и циркуляционная зоны способствуют скоплению в них негативных антропогенных ве-

------жилищное

СТРОИТЕЛЬСТВО

ществ и являются местами повышенного риска в экологии городской среды.

При низких скоростях ветра воздух, загрязненный выбросами у здания и на прилегающих к зданию городских территориях, участвует в аэрации самих зданий и территорий.

Для жилых и общественных зданий, возводимых в маловетреных и штилевых городах, единственным средством улучшения экологического дискомфорта является развитие локальных ветров термического происхождения с помощью целенаправленного использования тепловетрового режима архитектурно-строительными средствами, удаляющее и рассеивающее негативные выбросы в верхние слои атмосферы.

В зависимости от теплотехнических качеств ограждающих конструкций здания приходящая к ним солнечная радиация преобразовывается по-разному: отражается, излучается и, поглощаясь, превращается в тепловую энергию. Значения последних определяют термическое состояние вертикальных стен, крыш и подстилающих поверхностей прилегающих территорий, а в итоге мощность и подвижность конвективных потоков в зоне жилища.

Роль деятельной поверхности здания в формировании благоприятной экосреды помещений является значительной. При интенсивной инсоляции вертикальных стен и крыши здания вокруг него формируется микроэкологическая оболочка, отличающаяся от фоновых эколого-клима-тических факторов собственным стационарным тепло-ветровым и радиационным показателями. Микроэкологическая оболочка здания, наряду с солнечной радиацией, воздействуя на ограждающие конструкции, а также воздушную среду, предопределяет экологическую среду помещений.

Для улучшения экологических характеристик воздушной среды помещений зданий с помощью аэрации следует рассматривать одновременно инсоляционный режим стены здания и прилегающие к ней подстилающие поверхности территории. При этом естественные конвективные восходящие потоки, формирующиеся у здания и над прилегающей к зданию территорией, при их инсоляции накладываются друг на друга и создается мощная конвективная струя воздуха с большими показателями скорости (до 3 м/с) и температуры, приводящая в движение прилегающую массу воздуха снаружи здания и внутри помещения с соответствующими негативными компонентами.

Естественное проветривание среды помещений жилой и общественной застройки происходит за счет тепломассообмена внутренней и внешней воздушной среды. Интенсивность воздухообмена при этом в значительной степени зависит от скорости конвективных потоков пристенного слоя воздуха. Днем на инсолируемой стороне фасада возникают восходящие конвективные потоки воздуха, а на теневой - нисходящие. Благодаря постоянному нагреву одного или нескольких фасадов одновременно происходит естественная циркуляция, более прохладный воздух поступает на место восходящего. В период открытого режима эксплуатации квартиры наблюдается движение прохладного воздуха со стороны помещения, обращенного к теневому фасаду, в сторону помещения, обращенного к инсолируемому фасаду. Далее, продолжая путь, воздушная масса через оконные проемы сливается с общим конвективным потоком пристенного слоя облучаемого фасада.

Для улучшения экологической среды помещений, с помощью удаления и рассеивания негативных примесей в свободные слои атмосферы в маловетреных и штилевых городах локальные ветры местного происхождения у зданий следует формировать и развивать путем градостроительных и архитектурно-строительных средств. Для этого необходимо разработать проект жилого дома, в составе которого должны быть учтены следующие объемно-планировочные и конструктивные решения зданий:

- планировка квартир должна обеспечивать сквозное или вертикальное проветривание;

- рекомендуется проектирование зданий с пространственным первым и промежуточными этажами, предназначенными для эффективного проветривания пристенного слоя воздуха помещений, а также для отдыха людей, открытой торговли и других целей в летний и осенне-весений периоды;

- автостоянка должна быть закрытой со всех сторон и располагаться на первом или в подвальном этаже, оборудованном шахтой вертикального проветривания, не имеющей связи с внутренними средами помещений;

- необходимо предусматривать вынос вентиляционных каналов ближе к наружной стене и расположение приставных к фасаду термосифонных вентиляционных шахт, способствующих проветриванию помещений здания;

- рекомендуется устройство эксплуатируемой крыши с жалюзийными экранирующими навесами, способствующими развитию конвективных потоков над зданиями;

- в целях достижения наибольшей продолжительности инсоляции, необходимой для повышения термического контраста наружной поверхности стен, рекомендуется ориентация фасадов зданий на юг и юго-запад, с расположением солнцезащитных устройств и выносом их за фасадную линию;

- рекомендуется использование объемной пластики фасадов: гладких, с минимальным расчленением по горизонтали фасадов; проектирование формы летних помещений, обтекаемых воздушным потоком по вертикали;

- необходимо проектировать здания с шахтами вертикального проветривания в пределах планировочного элемента с использованием регулируемых покрытий над крышей, активизирующих условия проветривания помещений;

- рекомендуется использовать при разработке проекта принципы «солнечного дома» с пассивной и активной системой использования солнечной энергии, основанной на эффекте аэродинамической тяги;

- выявлять формы и конструкции зданий, обладающие аэродинамическим эффектом, обеспечивающим естественную аэрацию территории застройки и помещений.

Для улучшения факторов экосреды в помещении, активизации конвективных потоков от деятельной поверхности здания и в то же время меньшего перегрева помещений, инсолируемая стена и кровля должны специально рассчитываться и конструироваться по двум параметрам: на обеспечение максимальной термоактивности наружной поверхности стены и на минимальную теплопроводность, что достигается за счет:

- применения однослойных массивных стен, облицованных квадрами с наружной стороны;

9'2010

25

- использования сплошных стен с чешуйчатыми, в виде горизонтальных и вертикальных по длине фасада треугольниками, параллелепипедами, полукругами и прочими облицовочными формами наружной поверхности;

- использования стен с дополнительным сплошным по всей высоте здания или на высоту каждого этажа экраном;

- проектирования слоистых стен со стороны инсолируе-мого фасада или по периметру здания, состоящих из двух наружных конструктивных слоев и промежуточной воздушной прослойки;

- применения стен с безынерционными селективными поверхностями с высокой термоактивностью и теплоустойчивостью;

- применения стен с расчлененными ребрами-панелями выступающими на 1-1,5 м, со светлой отделкой с внутренней стороны. Эти ребра могут использоваться как стенки лоджий многоэтажных зданий и служить в то же время солнцезащитными экранами для светопроемов;

- решения оконных блоков со среднеподвешенной конструкцией с открыванием верхней половины оконного блока наружу со стороны облучаемого фасада и, наоборот, со стороны теневого фасада;

- определение фактуры, текстуры и цвета фасада.

При благоустройстве придомовой территории следует на стадии градостроительного решения производить предварительное прогнозирование тепловетрового режима: наличие и месторасположение циркуляционных зон, являющихся местами повышенного риска в экологии городской среды; в местах повышенного риска, на придомовой терри-

тории следует располагать хозяйственно-бытовые помещения с максимальной теплоактивностью ограждающих конструкций и выносом последних выше зоны пребывания и перемещения человека; в заветренной циркуляционной зоне размещать высококронные плотные древесные насаждения, являющиеся экраном на пути распространения в помещения газа, пыли, шума и др.; близлежащие автомобильные дороги, автостоянки, остановки, авторазвязки следует ограждать шумопоглощающими экранами, препятствующими также распространению негативных примесей в придомовых циркуляционных зонах.

Таким образом, определилась возможность удаления негативных веществ от здания с помощью конвективных потоков в маловетреных и штилевых городах, что является залогом улучшения экологической среды внутри помещений и прилегающей к зданию территории. На основе систематизации аэрации помещений и зданий путем объемно-планировочных и конструктивных решений с рациональным использованием энергии солнца и механизма термодинамических и аэродинамических процессов в жарко-штилевом климате появилась возможность предварительно прогнозировать условия проветривания помещений с точки зрения градоэкологии и давать практические рекомендации для архитекторов и градостроителей, а также специалистов в области экологии.

Литература

1. Уаддн Р.А., Шефф П.А. Загрязнение воздуха в жилых и

общественных зданиях. М.: Стройиздат. 1987. 160 с.

17-18 НОЯБРЯ 2010

миви "ИНФОПРОСТРАНСТВО" МОСКВА, 1-Й ЗАЧАТЬЕВСКИЙ ПЕР., Ч

ЭЕПЕНЫИ ПРОЕКТ

первый межпынаропныи фестиваль инновационных технологий в архитектуре и строительстве

агентство «аро» союза архитекторов россии +7 (чэ5 е91 53е1 / ве7ч, 917 в013 / +7 |чвв| ввв в07э [email protected]

ЫЧРЕПИТеПИ:

□РГАНИВАТОР:

АРА. ЦЕНТР

РИААРЛ

инфо|

те...

----- СА """¡ЙЙЕЙ ^аЦьЦги АРХИТЕКТУРНЫЙ

Я58188Я1 К^г"^ МИР&1ЮМ ^АРХИТЕКТОР

Архитектурл

_ _ _ Ф

тнтыьстве В! гоонтало/ ' АВОМС

татиы