Клімат Росії та його вплив на архітектуру будівель. Зв'язок між кліматом та архітектурою будівель Вплив природно-кліматичних факторів на проектування

Як зазначено вище, клімат - багаторічний режим погоди, що спостерігається у цій місцевості. Проблема оцінки клімату може розглядатися на трьох рівнях або трьох аспектах. Під макро-кліматичною (фоновою) оцінкою слід розуміти оцінку метеорологічних умов на значній за площею територією, виділеною спільністю кліматичних характеристик (регіон, район, підрайон). Можна говорити про клімат центрального району європейської частини Росії, клімат Уралу, Кольського півострова, підрайону 1 В (по карті СНіП) та ін. Оцінка мезоклімату (або масштабного йому місцевого клімату) передбачає виявлення кліматичних особливостей, властивих місту чи великому населеному пункту як єдиному цілому: клімат Москви, Владивостока, Салехарда та інших.

Архітектурно-кліматичний аналіз проводиться з метою встановлення зв'язків між архітектурою, під якою розуміється мистецтво будувати будівлі, споруди та їх комплекси, та кліматичними умовами, в яких об'єкти архітектури будуються або будуватимуть. Архітектурно-кліматичний аналіз починають з аналізу окремих кліматичних характеристик: кількості сонячної радіації, швидкості вітру, температури та вологості тощо – кожна з яких по-своєму впливає на вибір архітектурно-містобудівних та пов'язаних з ними інженерно-будівельних рішень. Приклад областей обліку кліматичних параметрів у процесі архітектурного проектування наведено у табл. 2.1.

Архітектурна кліматографія заснована на комплексному аналізі кліматичних факторів, що впливають на архітектурне середовище і людини, що знаходиться в ній. Деякі з цих факторів за одночасного впливу взаємно посилюють цей вплив. Наприклад, за низьких температур повітря її аналізують спільно з вітровим впливом, при високих температурах - спільно з вологістю повітря і сонячною радіацією і т.д. аж до комплексних показників, що враховують чотири та більше факторів.

Зв'язок архітектурної композиції з кліматичними умовами («+» - зв'язок існує)

Таблиця 2.7

Закінчення табл. 2.7

В архітектурі будівля розглядається не просто як фізична оболонка, що захищає внутрішнє середовище та людину від несприятливих кліматичних впливів, а як сукупність архітектурних форм та прийомів, що дозволяють краще пристосувати його до природно-кліматичних умов та роблять цей захист більш ефективним і менш енергоємним. Саме цим архітектурна кліматографія, що вивчає аспекти зв'язку архітектури та різних факторів клімату, відрізняється від інших видів прикладної кліматології, у тому числі будівельної кліматології.

Здатність будівель захищати їхнє внутрішнє середовище та прилеглу територію від несприятливих кліматичних впливів безпосередньо залежить від того, як у архітектурно-планувальному вирішенні цих будівель на етапі їх проектування були враховані фактори навколишнього середовища, наскільки було продумано застосування тих чи інших будівельних матеріалів та будівельних матеріалів колористичних рішень.

Оскільки в більшості районів земної кулі влітку та взимку погодні умови різняться, практично неможливо знайти архітектурно-будівельне рішення, що однаково ефективно пристосоване для зимових та літніх погодних умов. У зв'язку з цим виникає ще одне практичне завдання - створення адаптивної архітектурної форми та середовища, що по-різному, але однаково ефективно «працюють» при різних типах погоди. Здатність будівель адаптуватися до погодних умов, що змінюються, визначається наявністю незмінних, «пасивних» кліматозахисних архітектурних прийомів, які в більшості випадків доповнюються трансформованими, «активними» кліматозахисними архітектурними деталями та елементами. До перших можна віднести, наприклад, тектоніку будівель та конструкцію їх стін або орієнтацію будівель з боків горизонту. До другої категорії відносяться архітектурні рішення, що стосуються, наприклад, створення буферних зон між зовнішніми огорожами і внутрішніми приміщеннями, мікроклімат в яких контролюється конструкціями, що трансформуються, огороджувальними конструкціями, трансформованими світлопроемами, сонцезахисними пристроями і т.д.

Таким чином, у найзагальнішому вигляді можна виділити три основні напрямки кліматозахисних рішень в архітектурі:

• а) пасивні будівлі з постійними кліматозахисними функціями з допомогою застосування пасивних архітектурних рішень;
• б) будівлі з активними кліматорегулюючими архітектурними рішеннями, які можуть змінювати ступінь і навіть напрямок кліматозахисту залежно від погодних умов;
• в) будівлі, що комбінують два перераховані вище принципи. При цьому пасивні прийоми можуть повністю замінюватися або просто доповнюватися активними прийомами регулювання клімату, надаючи будівлі найбільш високу «кліматичну мобільність».

У пасивних будинках (тип «а») адаптивність до зовнішніх кліматичних впливів може досягатися за рахунок різного режиму використання внутрішніх приміщень за різних типів погоди або в різні пори року. Або навпаки, у них має передбачатися внутрішнє планування, яке дозволяє максимально зберігати функції приміщень, незалежно від сезону чи погодних умов. Часто на шкоду такому плануванню приноситься її функціональність. У подібних будинках також дуже важливо на проектній стадії правильно визначити найбільш підходящі будівельні матеріали та конструктивні рішення.

У будівлях з активною кліматозахисною архітектурою (тип «б») приміщення можуть адаптуватися до зовнішніх кліматичних впливів - інсоляції, вітру, температури - за рахунок архітектурних елементів, що трансформуються: інтерактивних фасадних конструкцій, буферних зон, сонцезахисних або сонцеуловлюючих пристроїв.

Застосування сучасних будівельних технологій та матеріалів дозволяє архітекторам проектувати будівлі, що мають набагато більшу гнучкість та ефективність у плані кліматозахисту. Такі будівлі можуть більш реагувати на зміни погоди або застосовуватися в різних типах клімату. Однак ця універсальність не повинна позбавляти їхньої індивідуальності, пов'язаної з природно-кліматичними умовами місцевості, для якої вони проектуються, позбавляти їх «духу місця», знеособлювати, робити чужорідними по відношенню до природного оточення. Тому сучасні технології не слід протиставляти місцевим архітектурним традиціям. Тільки поєднання накопиченого в традиційній архітектурі досвіду захисту від несприятливого клімату та нових технологічних можливостей дозволяє архітекторам знаходити своє, нове, виразне і водночас характерне для тієї чи іншої культури архітектурне рішення, що забезпечує максимальну функціональну ефективність, довговічність та економічність на всіх етапах життєвого циклу. будівлі.

Складність адаптації архітектурного рішення до кліматичних умов полягає в тому, що універсального архітектурно-кліматичного показника, що визначає необхідність застосування того чи іншого архітектурного способу кліматозахисту, який міг би з однаковим ступенем точності та надійності застосовуватись у будь-яких кліматичних районах, не існує. Тому послідовність архітектурно-кліматичного аналізу передбачає виявлення тих кліматичних параметрів та їх поєднань, які створюють основні проблеми для конкретної території, після чого приступають до розробки архітектурно-кліматичних заходів щодо зниження їх негативного впливу на внутрішнє середовище будівлі та прилеглу до нього територію. В умовах континентального клімату з контрастними погодними умовами взимку та влітку ці рішення можуть мати взаємовиключний характер, тому завдання архітектора часто зводиться до пошуку розумного компромісу між найбільш несприятливими та найменш сприятливими кліматичними впливами. Це є важливою частиною творчого процесу щодо пошуку гармонійного вирішення зв'язку архітектури з природно-кліматичними умовами конкретної місцевості.

Кліматозахисні функції будівель та типи погод. Найбільш наочним способом обліку комплексності впливу сукупності метеоелементів та кліматичних характеристик на архітектурне середовище є метод погодних комплексів. Для різних типів погоди (табл. 2.2) у архітектурі застосовуються відповідні архітектурно-типологічні характеристики. При цьому зазначимо, що для будівель, зокрема житлових, запроваджено поняття експлуатаційний режимРозрізняються чотири експлуатаційні режими (табл. 2.3): ізольований, закритий, регульований, або напіввідкритий, і відкритий.Ілюстрацією до табл. 2.3 є рис. 2.1.

Таблиця 2.2

Класифікації типів погоди

Таблиця 2.3

Типи погоди та експлуатаційні режими будівель

Мал. 2.1.

а- спекотний (ізольований режим); б- сухий жаркий або посушливий (закритий режим); в- теплий (напіввідкритий режим); г- Комфортний (відкритий режим); д - прохолодний (напіввідкритий режим); е - холодний (закритий режим); ж -

суворий (ізольований режим)

Метод урахування тривалості погодних комплексів безпосередньо розкриває зв'язки клімату із завданнями містобудування та типології будівель. Цей метод допомагає архітекторам намітити шляхи розкриття зв'язку погодних комплексів з категоріями архітектурної композиції, наприклад з архітектурним простором, масою (пластика об'ємного рішення), пластикою поверхні. Так, для погоди комфортної та теплої типовими є відкритий характер архітектурних просторів (вільна забудова мікрорайонів, площ; планування внутрішніх приміщень, що забезпечує аерацію та розкриття у зовнішнє середовище), розчленована маса будівлі (дворики, курдонери, поділ будівель на блоки); розчленована (нерідко активно розчленована) пластика поверхонь (лоджії, балкони, вікна значних розмірів, козирки, що затіняють, навіси, перфоровані огорожі). Для холодної погоди з вітром рекомендуються простори замкнуті, напівзамкнені та орієнтовані; маса нерозчленована, мало розчленована, обтічна та орієнтована; пластика поверхні нерозчленована. Нарешті, метод погодних комплексів дозволив вітчизняній архітектурній кліматології вперше вийти на рівень охоплення світової архітектурної практики, оперативно порівнювати багато міст за їхніми архітектурно-кліматичними вимогами до відкритого середовища та будівель. Ці можливості значно розширюють ефективність архітектурно-кліматичного аналізу.

У той самий час слід зазначити, що це метод спрямовано не так на підвищення комфортності мікроклімату, але в климатозащиту. За практикою як мінімальної тривалості типу погоди, визначального режим експлуатації житла, приймається 1 місяць. Разом з тим, при проектуванні необхідно враховувати і такі погодні умови (поєднання метеоелементів), які можуть загрожувати життю та здоров'ю населення, хоча їх повторюваність може і не перевищувати 1-2%. У цьому полягає принциповий і перспективний напрямок подальшого розвитку архітектурної кліматографії.

Житлове середовище за комфортної погодимайже несе кліматозахисних функцій. Теплові умови комфортної погоди не обмежують час перебування людини у зовнішньому середовищі, хоча в межах зазначених у табл. 2.2 крайніх параметрів можуть бути бажаними інсоляція або затінення. Комфортна погода характеризується температурами 18-25 ° С, відносною вологістю повітря 30-60%, швидкістю руху повітря 0,1-0,2 м/с у приміщенні, 1-3 м/с зовні. Це найкращий період московського літа. Режим експлуатації приміщень відкритий, при якому приміщення, як правило, безпосередньо пов'язані із зовнішнім середовищем (відчинені вікна). Не обов'язкові огороджувальні конструкції будівель з високими теплоізоляційними якостями, опалювальне та охолоджувальне обладнання; характерні лоджії, веранди, активний природний повітрообмін приміщень із зовнішнім середовищем.

Житлове середовище за прохолодної погодизахищає людину від легкого охолодження. У міському середовищі захист від вітру та використання інсоляції створюють умови, близькі до комфортних. Прохолодна погода характеризується зовнішніми температурами від 6 до 10 ° С (квітень-травень, жовтень у Москві). Як нижня межа прохолодної погоди прийнята температура 4°С, оскільки при зовнішніх температурах 4,5-5°С і вище повітрообмін через кватирки цілком допустимо, режим напіввідкритий або регульований, а не закритий (як за холодної погоди). Верхня межа прохолодної погоди обумовлена ​​тим, що при зовнішній температурі 12°С і нижче бажані обігрів приміщень, що не інсолюються, і економія внутрішніх теплових виділень будівлі. Відносна вологість зовнішнього повітря в зазначеному діапазоні температур великої ролі не відіграє, так як вміст вологи зовнішнього повітря значно нижче фізіологічної межі відчуття задухи. Для будівель характерними є: звернення кімнат на сонячні сторони горизонту; помірно компактні об'ємно-планувальні рішення; у квартирах – наявність місця для зберігання верхнього одягу; повітрообмін через кватирки, фрамуги, клапани; трансформація (відчинення та закривання вікон) та необхідна повітронепроникність та теплозахисні якості огорож; опалювальні пристрої малої потужності; накопичення внутрішніх тепловиділень.

Житлове середовище за холодної погодизахищає людину від сильного охолодження. У міському середовищі бажаний ефективний захист від вітру (вітрозахисна забудова) та використання сонця, що пом'якшує умови охолодження, але не створює комфорту. Холодна погода з позиції забезпечення комфортності внутрішнього середовища будівель, а також необхідності захисту людини у міському середовищі від вітру та використання сонячної радіації характеризується температурами до -25°С; швидкість вітру становить 3-10 м/с, але за низьких температур не повинна перевищувати: 5 м/с при температурах до -28°С та 2 м/с при -36°С. Ці значення характерні для зими на європейській території Росії, у Західному та на півдні Східного Сибіру. Нижню межу холодної погоди прийнято з умов повітрообміну за рахунок припливу зовнішнього повітря.

Житлове середовище за суворої погодимає повністю ізолювати людину від зовнішнього впливу. При зовнішній температурі -35°З нижчою відносна вологість внутрішнього повітря вбирається у 5%, і з урахуванням внутрішніх влаговыделений - 25%, тобто. менше гігієнічної межі 30%. Нижче температури, прийнятої як межа, потрібні штучна вентиляція із зволоженням повітря та захист людини поза будівлею від обмороження та надмірних тепловтрат. Для будівель характерні: режим експлуатації – закритий; компактні об'ємно-планувальні рішення, що забезпечують мінімальні втрати втрати; закриті опалювальні сходи; шафи для верхнього одягу; необхідна (для повітрообміну) повітропроникність та високі теплозахисні якості огорож; вікна зачинені, ущільнені; центральне опалення середньої потужності, витяжна канальна вентиляція (для будівель понад 10 поверхів потрібні інші підходи для оцінки повітрообміну приміщень).

Житлове середовище за теплої погодимає передбачати можливість перегріву приміщень. Однак гарне затінення та аерація створюють комфортні умови або близькі до них у міському середовищі. Характерна температура повітря від 20 до 32 ° С в залежності від відносної вологості повітря (найспекотніші дні в середній смузі Росії). Верхня межа теплої погоди обумовлена ​​різним впливом вологості та ступенем можливості використання руху повітря для компенсації підвищення температури. При температурі повітря 32-33 ° С і вище боротися з перегріванням шляхом провітрювання дуже важко. Тому межа 32°С прийнята як верхня межа теплої погоди за низької та нормальної вологості повітря. При підвищеній вологості велику роль відіграє межа вологовмісту, яка і визначає верхню межу погоди за температурою повітря 28 ° С при вологості до 75% і 25 ° С при вищій вологості. Це стосується випадків, коли радіаційна температура і температура повітря однакові, а швидкість вітру знаходиться в межах 0,5-1,0 м/с.

За теплої погоди для будівель рекомендується: двостороннє планування квартир (офісів, інших приміщень) для забезпечення активного наскрізного або кутового провітрювання внутрішніх просторів; відкриті приміщення - лоджії, веранди, тераси, прибудинкові дворики; трансформація просторів та огороджувальних конструкцій у добовому ході, відкриті вікна, обов'язкова наявність сонцезахисних пристроїв на вікнах, у приміщеннях – механічні вентилятори-фени. Однак найбільш дорогі прийоми, до яких відносяться планування з наскрізним або кутовим провітрюванням, - сонцезахисні пристрої на вікнах (найефективніші - зовнішні) та інші використовуються далеко не завжди.

Житлове середовище при спекотному сухому (.посушливій) погодізахищає людину від сильного перегріву, надмірної інсоляції, а нерідко й від пиловівітрового впливу. Режим експлуатації будівель – закритий. Характерні компактні об'ємно-планувальні рішення, що забезпечують мінімальні теплонадходження ззовні, збільшення кубатури внутрішніх просторів, відкриті приміщення для вечірнього та нічного відпочинку, захищені від сонця світлопройоми, штучне (випарювальне) охолодження, примусова місцева вентиляція, використання охолоджувальної дії ґрунтових підлог та основ. У міському середовищі активне притінення та обводнення пом'якшують мікроклімат, але не завжди здатні створити повністю комфортні умови. Необхідний захист від перегрітих запорошених вітрів пустель, уловлювання нічних прохолодних потоків повітря з гір і пагорбів, влаштування фонтанів. Типові температури 33-36 ° С і вологість менше 24% (денний годинник літа в Середній Азії).

Житлове середовище за спекотної погодитакож захищає людину від сильного перегріву, надмірної інсоляції та задухи. Відчуття задухи викликається поєднанням високої температури та високої вологості повітря. Режим експлуатації будівель - ізольований, що вимагає створення умов теплового комфорту повного кондиціонування повітря у режимі видалення надлишкової вологи. Неприпустимі випарне (підвищує вміст вологи) і радіаційне (утворюється конденсат) охолодження. Характерні компактні об'ємно-планувальні рішення, відкриті приміщення для вечірнього та нічного відпочинку, використання охолоджувальної дії ґрунтових підлог та основ будівель. Вікна під час роботи кондиціонерів повинні щільно закриватися, мати сонцезахисні пристрої. Для міського середовища та традиційного житла характерні притінення та активна аерація, оскільки тільки рух повітря здатний полегшити відчуття задухи та перегріву, але не в змозі забезпечити повний фізіологічний комфорт. Типові температури повітря становлять 30-35 ° С при вологості 60-25% (найспекотніші дні на Чорноморському узбережжі Кавказу, характерні умови для тропічного морського та екваторіального типів клімату).

Як можна помітити, у запропонованій класифікації спекотна погода з високою та нормальною вологістю є одним типом, хоча багато в чому вони різняться і мають різний географічний розподіл. Об'єднання ґрунтується на спільності типологічних вимог для отримання комфортних умов архітектурного середовища (охолодження зі зниженням вологості, аерація, сонпехист тощо).

Архітектурно-кліматичний аналіз щодо оцінки фонових умов за типами погоди вимагає підрахунку кількості днів (місяців або півдоби) з тією чи іншою погодою. За що склалася 1960- 1980-х гг. практиці проектування та будівництва в СРСР, коли переважала тенденція типізації проектів та прагнення економічності рішень, кліматичні райони, що визначали право на введення нових проектів, охоплювали території, в межах яких повторюваність погоди змінювалася на 15-20% від одного району до іншого. У той час було зроблено висновок, що мінімальною повторюваністю погоди, яку слід було враховувати в типовому проектуванні, є 8% від тривалості року. Величина 8% свідчить про те, що будівлі та містобудівні освіти проектувалися і значною мірою проектуються зараз із значним допуском умов, далеких від комфорту.

Якби при проектуванні будівель враховувалися ймовірні умови експлуатації за прикладом гідротехнічних споруд (наприклад, по 1%-й повені), то витрати на їх будівництво значно зросли б. Тим часом, щоб забезпечити повну безпеку, може колись справа дійде і до обліку погодних подій, що мають повторюваність на рівні 1-2%. Нині доцільним враховувати метеорологічні умови, мають забезпеченість щонайменше 5%, а окремих випадках, під час проектування міських територій, - і рідкісні явища, особливо пов'язані з небезпекою життя населення (скажімо, сильні рвучкі вітри).

Так, наприклад, картина погодних умов у Москві виглядає так. Протягом року прохолодна погода триває 230 днів (63%), холодна – 73 дні (20%), комфортна – 55 днів (15%). Ці типи погоди визначають архітектурні рішення. Сім днів (2%) спостерігається тепла (перегрівна) погода, яка "не робить погоди", оскільки її мала тривалість не дає будинкам перегрітися.

Якутськ: прохолодна погода триває 113 днів, або 31% (удвічі менше, ніж у Москві), холодна - 121 день, або 33% (більш ніж у 1,5 рази більше, ніж у Москві), а сувора, якої взагалі немає у Москві , - 84 дні, або 23%. Літо ж дуже схоже на московське: комфортна погода – 40 днів – 11% (у Москві – 15%), тепла (перегрівна) – ті ж 2%.

Адлер-Сочі: прохолодна погода триває 234 дні - 64%, стільки ж, скільки у Москві; комфортна - 58 днів, або 16%, як у Москві, але замість холодної 69 днів, або 19%, триває тепла (перегрівна) погода та ще 4 дні, або 1%, - спекотна волога погода.

Аналізуючи представлений вище матеріал про тривалість погодних комплексів у Москві, Якутську та Адлері-Сочі слід звернути увагу на таке. Основні типообразующие класи погоди у Москві Якутську мають значну повторюваність, вони визначають головні вимоги до архітектурним рішенням. Проте і в Москві, і в Якутську 7 днів на рік (2%) спостерігається тепла погода, яка, як було зазначено, під час проектування будівель не враховується. Проте саме вона створює найнебезпечніші для здоров'я городян перегрівні ситуації. За рахунок цього і створюється типова для архітектурної кліматографії ситуація компромісу: «повний комфорт – плати, не можеш – терпи!», тобто. оцінка ролі повторюваності чи тривалості тієї чи іншої погоди залежить від рівня вимог до комфорту, від матеріальних можливостей та соціальних завдань на певних етапах розвитку суспільства.

Для забезпечення повного комфорту влітку у згаданих містах треба виконати вимоги до житлового середовища теплою погодою. Наприклад, як показав досвід останніх 15-20 років, у Центральному регіоні Росії, в тому числі в Москві, влітку можуть спостерігатися «хвилі спеки», що мають настільки велику інтенсивність та тривалість, що відсутність пристосованості житлового середовища до них завдає великої шкоди місту та його жителям. Пам'ятна «хвиля спеки» 2010 р., що тривала майже місяць, - явище, повторюваність якого становить 2% (приблизно раз на 50 років). Оскільки житлове середовище не було пристосовано до такої погоди, це явище мало дуже тяжкі наслідки для москвичів та мешканців інших міст регіону. Досить сказати, що протягом місяця, доки тривала ця спека, рівень смертності в Москві підвищився більш ніж удвічі.

До речі, і сувора погода, яка у Москві тримається у січні та лютому по кілька днів і в умовах якої для пішоходів необхідні теплі переходи між будинками, а у внутрішньому середовищі – примусова припливно-витяжна вентиляція з підігрівом та зволоженням повітря, – теж поки що не враховується у практиці проектної підготовки будівництва. Однак для того щоб отримати обмороження при поєднанні температури та швидкості вітру, характерних для суворої погоди, необхідно кілька хвилин, максимум – півгодини. Така небезпека виникає для жителів Центральної Росії кожної зими, причому неодноразово.

Також можна відзначити, що і в районі Адлер-Сочі спекотна волога погода, що триває лише 4 дні (1%), не має відображення в архітектурних рішеннях, оскільки при цій погоді потрібні повне кондиціювання повітря (охолодження та зменшення вмісту вологи), примусова витяжна вентиляція. Комплекс коштів, що застосовується в м. Сочі, фактично поки що відповідає лише теплій (перегрівній) погоді, тривалість якої становить 69 днів, або 19%, на рік.

Ще одним важливим аспектом створення комфортного та безпечного з погляду кліматичного впливу архітектурного середовища є комплексна оцінка кліматичних умов території забудови з позиції вироблення кліматозахисних заходів відповідними архітектурно-планувальними засобами. Для такої оцінки можна використовувати спеціально розроблені номограми, які враховують одночасну дію цілого ряду кліматичних фактів і показують необхідний напрямок впливу на кліматичні параметри забудови. Основні доступні для цього архітектурно-планувальні та інженерно-технічні засоби регулювання мікроклімату представлені у додатку 2.

Для такого виду архітектурно-кліматичного аналізу способом оцінки комфортності кліматичних умов є по-факторна оцінка, але орієнтована не на архітектурне середовище, а на людину, суб'єктом якої вона є. При такому аналізі необхідні дані про вік, здоров'я та вид діяльності людей у ​​конкретній ситуації, як це робиться при гігієнічній оцінці мікроклімату. У першому наближенні як суб'єкт можна прийняти дорослу здорову людину-пішохода, оскільки за несприятливих умов всі інші групи населення можуть перебувати під захистом внутрішнього середовища будівель, а окремі види діяльності, що не відповідають погодним умовам, на території забудови можуть бути свідомо обмежені.

У загальному випадку при пофакторному аналізі клімату в архітектурних цілях необхідні знання положень архітектурної кліматології, знання функціонального призначення та техніко-економічних показників об'єкта, заради якого проводиться аналіз, та критеріїв, що визначають те чи інше рішення. Так, наприклад, необхідність сонцезахисту ділянок та будівель, пов'язаних із тривалим перебуванням населення, обумовлюється тривалістю періоду з температурою повітря 2 ГС та вище. Відомо також, що у Москві сприятливі умови на балконах і лоджіях складаються: якщо є інсоляція - при температурах 12-16 ° С; якщо використовується сонцезахист - за 16-26°С. Як видно з цього прикладу, аналіз умов комфортності вимагає врахування сукупності критеріїв оцінки та засобів регулювання середовища, реалізованих, як правило, у вигляді окремих методичних розробок. В узагальненому вигляді кліматозахисні заходи при виборі архітектурно-планувального рішення можуть визначатися за номограмами, представленими на рис. 2.2.

сильне вітроохолодження будівель

прогулянки неприпустимі Г

захист пішохода від вітру

обов'язкова

руйнування

механічні

сніго- та піскоперенесення

дискомфорт

бажана

Е см « ф

• -15 -10 -5 0 5

Температура повітря, ! З

швидкість вітру, м/с

пішоходів осені е^весен" ня вітрозахист для райо-ів зі зниженою

вітрозахист

вітрозахист

території

захист від

стимулювання

літній вітрозахист території

вітрозахист, . в період

/ /о" суховіїв

зимовий вітрозахист при високій вологості

' максимальне використання інсоляції

максимальне використання

• -1_I_I_I_
• -20 -15 -10 -5

Уперегріву при підвищенні. вологості

г"///

• 1/о°>

захист від перегріву

природної рухливості повітря _I_I_I_I_1_

вологість повітря, %

температура повітря, С С Облік мікроклімату:

Мал. 2.2. Приклади графічних методів кліматичного аналізу архітектурного середовища:

графік впливу вітру та температури повітря на житлове середовище; б- біокліматичний графік зони комфорту; в- діаграма

вибору основних містобудівних заходів щодо регулювання мікроклімату

На території нашої країни будівлі та споруди піддаються комплексу кліматичних впливів у різних поєднаннях та різної інтенсивності.

Будівельна кліматологія - наука, що розкриває зв'язки між кліматичними умовами та архітектурою будівель та містобудівних утворень.

Основне завдання будівельної кліматології – обґрунтування доцільності рішень планування міської забудови, вибір типів будівель та конструкцій, що захищають з урахуванням кліматичних особливостей району будівництва.

Правильний вибір розмірів та форми приміщень залежить від низки факторів, серед яких особливе місце займає повітряне середовище, характеристики якого залежать від кліматичних умов та місця будівництва.

Протягом тисячоліть архітекторам було відомо, що міста та будівлі слід проектувати та будувати відповідно до клімату, а ширину вулиць, висоту будівель та розміри вікон – вибирати з урахуванням орієнтації та глибини приміщень. Необхідно дбайливо та композиційно виправдано вписувати будівлі та споруди у природу.

Як показує практика, всі архітектурні та містобудівні шедеври створювалися з урахуванням цих вічних істин.

У південних сухих районах міста завжди мали характер «самозатінних структур», а будівлі - своєрідних «термосів» із масивними стінами, замкнутим компактним плануванням та рідкісними невеликими вікнами.

Для вологих південних районів, навпаки, характерними рисами є: відкрите планування, міські простори, що добре провітрюються, легкі «дихають» стіни будівель і великі світлові отвори.

Південні райони характеризуються значною кількістю сонячних днів у році, дуже високою радіацією та контрастністю освітлення. Всі ці фактори визначають специфічний характер тонкої архітектурної пластики та більшу насиченість колірних співвідношень елементів та деталей будівель.

У північних та більшості центральних районах спостерігається переважно хмарне небо, яке зумовлює велику пластику стін та деталей та пастельні колірні рішення фасадів будівель та споруд.

Без урахування вищевикладених істин не можна забезпечити в будинках необхідний комфорт за мінімальних витрат на експлуатацію будівель. Особливо це стає важливим у вік енергетичної кризи та всілякої економії енергетичних ресурсів. Тільки раціональне проектування міст, агропромислових комплексів та житлової забудови з урахуванням кліматичних умов, орієнтації з боків горизонту, застосування оптимальних розмірів та пропорцій світлових прорізів, а також сонцезахисних пристроїв забезпечує значну економію матеріальних та фінансових витрат.

Слід зазначити, що тільки за рахунок раціонального вибору розмірів світлових прорізів, що сприяють збільшенню використання природного світла на 1 годпротягом доби, можна заощадити до 3 млн. кВт/год електроенергії на рік лише у промислових будинках.

За рахунок використання вимог до інсоляції будівель з'являється можливість підвищити густину забудови на 8-10 % та збільшити будівництво більш економічних будинків меридіонального типу з широким корпусом, що дозволяє значно скоротити містобудівні витрати без зниження обсягу введення житлових будинків.

Раціональне застосування сонцезахисних пристроїв знижує витрати на експлуатацію цивільних будівель, для промислових будівель сприяє підвищенню продуктивності праці за рахунок зменшення випуску бракованої продукції та витрат на штучне регулювання мікроклімату у приміщеннях.

Таким чином, при проектуванні будівель та споруд необхідно знати кліматичні фактори та враховувати їх, оскільки знання кліматичних умов середовища дозволяє знайти виразну архітектурну форму, надати будівлі індивідуального образу, зумовленого природно-кліматичними факторами місця будівництва.

Проектування та розвиток міст значною мірою базується на вивченні природних умов місцевості. Клімат є одним із найбільш важливих факторів, що враховуються у містобудуванні.

Клімат- це усереднений, багаторічний режим атмосферних явищ, характерний кожного місця Землі. В основному, клімат визначається географічним розташуванням даного місця. На кліматичні характеристики найбільше впливають широта і висота місцевості, близькість до морського узбережжя, особливість рослинного покриву.

Порівняльна стійкість клімату пояснюється тим, що кількість сонячного тепла, що отримується Землею, майже постійно рік у рік. Суттєво не змінюється і сама земна поверхня з її материками та океанами, горами та рівнинами на суші, холодними та теплими течіями у морях та океанах. Повітряні течії в атмосфері, хоч і відрізняються великою різноманітністю та мінливістю, мають свої закономірності, що виявляються протягом тривалого часу.

Кліматичні особливості власними силами, т. е. поза впливом на родючість земель і сільське господарство, мають із усіх фізико - географічних чинників найменше значення освіти і розвитку сучасних міст. Загальновідомо, що концентрація населення містах обумовлена ​​економічними причинами, а чи не кліматичними особливостями як такими. Наприклад, Стародавній Рим, перше і єдине «місто - гігант» античної епохи, завжди відрізнявся нездоровими кліматичними умовами; Лондон славиться своєю нездоровою вогкістю та горезвісними туманами; на лагунах збудовано Венецію; на болотах – Санкт-Петербург.

Однак значення клімату щодо характеру планування забудови, озеленення міст, аж до вибору типу та матеріалу житла, величезне. У містобудівній практиці враховуються такі основні кліматичні характеристики:

Температура та вологість повітря;

Вітровий режим біля;

Надходження сонячної радіації.

Температура повітрявизначає вибір теплоізолюючих властивостей конструкцій будівель, що захищають. Насамперед, враховується розрахункова температура зовнішнього повітря у холодний період року. Для теплотехнічних розрахунків конструкцій, що захищають, застосовують наступні температури зовнішнього повітря: середню температуру найбільш холодної п'ятиденки і абсолютну мінімальну температуру зовнішнього повітря. Чим нижче розрахункові температури, тим ефективнішою має бути теплоізоляція стін і дачних перекриттів, щільніше віконні подвійні (або навіть потрійні) палітурки.

При прийнятті містобудівних рішень враховується середньорічна температура, середня температура по місяцях, а також перепад температур, тобто різниця між літніми та зимовими температурами.

Температура повітря впливає на планування житлових кварталів та мікрорайонів. Від температурного режиму залежить відстані від житла до установ обслуговування, звані радіуси доступності. За низьких зимових температур ці радіуси мають бути, можливо, меншими, особливо до дитячих закладів. Для північних міст Росії розробляють спеціальні проекти будівель, пов'язаних між собою утепленими переходами.

Температура повітрявпливає і планування квартир. В умовах жаркого клімату за високих літніх температур необхідно передбачати наскрізне провітрювання квартир, створення лоджій. Слід мати на увазі, що мікроклімат міста створює в умовах щільної міської забудови підвищену температуру (на 2 – 3 градуси) за рахунок скорочення турбулентного вітрового перемішування повітря, збільшеної поверхні інсоляції та тепловиділення промислових об'єктів та житла.

Вітровий режим.Вітер - рух повітря щодо земної поверхні, що викликається нерівномірним розподілом атмосферного тиску. Вітровий режим враховується у містобудуванні, насамперед, з погляду виявлення панівних напрямів та його швидкостей. Наочно відбиває переважне напрям вітру у цій точці діаграма вітрів.

Роза вітрів- це графічне зображення повторюваності вітрів (у відсотках) за румбами горизонту (рис.3.1).

Мал. 3.1. Роза вітрів

Троянда вітрів будується по 8 або 16 румбах – основним географічним сторонам світу. За цими напрямами у певному масштабі відкладають у вигляді векторів значення повторюваності напрямів або значення середніх та максимальних швидкостей вітру, що відповідають кожному румбу. Кінці векторів з'єднують ламаною лінією. Панівний напрям вітру відповідає найбільшому вектору троянди вітрів, спрямованому до її центру. Підставою для побудови троянди вітрів є багаторічний ряд спостережень на найближчій метеорологічній станції.

На основі аналізу троянди вітрів за напрямками робляться висновки про функціональне зонування території, взаємне розміщення селітебних та промислових районів. Промислові райони зі шкідливими викидами в атмосферу повинні розміщуватись з підвітряного боку, щоб вони не забруднювали повітря житлових кварталів. Основний напрямок вітру враховується також при влаштуванні аеродромів смуг для посадки та зльоту літаків.

У разі суворого клімату півночі облік напрямів панівних вітрів дозволяє організувати вітрозахист житлової території. Вітрозахист здійснюється шляхом використання штучних вітрових перешкод (будівель, зелених посадок високої стовбурової рослинності) або природних перешкод (використання підвітряних схилів, великих масивів існуючої зелені).

Характеристика районів за швидкостями вітру дозволяє проводити заходи з вітрозахисту або, навпаки, організації провітрювання. Оптимальна швидкість вітру в межах до 4 м/с. Ділянки, на яких швидкість вітру менше 1 м/с, відносяться до непровітрюваних, а понад 4 м/с - до зон інтенсивного провітрювання.

З метою ослаблення великих швидкостей переважних вітрів коригується напрямок вулиць у місті. Крім того, розробляються додаткові вітрозахисні заходи, наприклад, посадка дерев, чагарників. В умовах сильних вітрів найкращий вітрозахист забезпечується застосуванням протяжних багатосекційних будівель, розташованих поперек панівного напрямку вітру. У районах з мінімальними швидкостями вітру, навпаки, слід уникати складних змін будинків та його великої протяжності. Тут кращі будівлі типу веж, що забезпечують максимальне збереження вихідної швидкості вітру.

Вологість- вміст водяної пари в повітрі, одна із суттєвих характеристик клімату . Абсолютна вологість- кількість водяної пари в грамах, що міститься в 1 м³ повітря. Відносна вологість- це відсоткове відношення абсолютної вологості до максимальної кількості водяної пари, яка може містити 1 м3 повітря при даній температурі.

Волога дуже впливає на теплозахисні якості огороджувальних конструкцій. Відомо, що вода - прекрасний провідник тепла, а повітря, особливо сухе, має теплоізоляційні властивості. Тому теплоізоляційні матеріали з великою кількістю пір, заповнених повітрям, мають чудові теплозахисні властивості. Однак при проникненні вологи теплоізоляційна здатність будь-якого матеріалу різко погіршується. Крім того, волога розчиняє хімічні речовини, які призводять до швидкого руйнування матеріалів.

Таким чином, підвищена вологість знижує теплоізоляційні властивості конструкцій будівель, що захищають, стимулює процес корозії металів, руйнування матеріалів. Тому вологість повітря враховується при виборі матеріалів для теплоізоляції та конструкцій будівель.

Крім того, підвищена вологість повітря дуже погіршує тепловідчуття людей. За низьких температур вологість створює враження особливої ​​дискомфортності. Навіть не дуже холодна погода при цьому сприймається негативно, водночас навіть сильні морози за сухої, ясної погоди переносяться легко. У спекотному кліматі вологість також діє дискомфортно, волога спека переноситься людиною дуже важко.

Відчуття людини багато в чому залежить від сукупності трьох чинників:

Температури;

Вологості;

Швидкість руху повітря.

Так, при температурі 19 ° С, вологості 50% і нерухомому повітрі людина відчуває приємне відчуття нормальної кімнатної температури. При тій же температурі та вологості, але при русі повітря зі швидкістю 0,5 м/с – відчуття, що характеризується поняттям «прохолодно», а при швидкості 2,5 м/с – людині стає холодно. А при температурі 24 ° С, нерухомому повітрі, насиченому водяними парами, виходить відчуття задухи. При тій же температурі та вологості, але при швидкості вітру 1 м/с – приємне відчуття нормальної температури.

Інсоляція- опромінення прямими сонячними променями будь-якої горизонтальної, вертикальної або похилої поверхні. Це якісна характеристика, яка визначається часом освітлення.

Нормативна тривалість інсоляції визначена СНІП 2.07.01 - 89 і залежить від кліматичної зони. У зоні, розташованій на північ від 58 ° с. ш., тривалість безперервної інсоляції з 22 квітня по 22 серпня має бути не менше 3 годин на день. Для зон південніше 58 ° пн. ш. з 22 березня по 22 вересня – не менше 2,5 години. Розміщення та орієнтація будівель дитячих дошкільних закладів та загальноосвітніх шкіл, закладів охорони здоров'я повинні забезпечувати безперервну тригодинну тривалість інсоляції.

При реконструкції житлової забудови або розміщення нового будівництва в особливо складних містобудівних умовах (історично цінне міське середовище, дорога підготовка території, зона загальноміського та районного центру) допускається зниження тривалості інсоляції приміщень на 0,5 години.

Інсоляція враховується при організації забудови та виборі території. Житлова забудова має забезпечувати рівномірне освітлення квартир та ділянок житлової території, призначень для відпочинку та спорту населення.

У кліматичних зонах з помірним кліматом будівлі розташовують біля так, щоб максимально збільшити тривалість інсоляції. В умовах вираженого рельєфу для житлової забудови та розміщення ділянок дитячих закладів та зон відпочинку вибираються переважно південні схили, добре інсолірумі та з гарним мікрокліматом.

У зонах із спекотним кліматом, навпаки, передбачають сонцезахисні заходи. Благоустрій території включає в себе пристрій навісів, зелених насаджень із густою розгалуженою кроною, що скорочують час прямого сонячного опромінення території.

Інсоляція окремої будівлі залежить від її орієнтації її сторонам горизонту. Розрізняють меридіональну, широтну та проміжну орієнтацію будівлі.

При меридіональної орієнтаціїбудівлі мають у своєму розпорядженні основні осі у напрямку північ - південь. Така орієнтація забезпечує рівномірну інсоляцію обох фасадів та мінімальну площу ділянок постійного затінення. Однак її недоліком є ​​те, що в близькополудневі години, коли сонячні промені найбільше багаті на ультрафіолет і тепло, інсолується лише торцева частина будівель.

При широтній орієнтаціїбудівлі мають основними осями у напрямку захід - схід. Тут інсолується лише один (південний) фасад будівель. Прямі сонячні промені не потрапляють у кімнати, орієнтовані північ.

При проміжній орієнтаціїзон постійного затінення немає, всі чотири фасади будівлі мають інсоляцію, проте нерівномірну.

Висвітлення групи будівель залежить, крім того, і від відстані, на якій знаходиться одна будівля від іншої, а також від висоти сусідньої будівлі. Для застосування виду орієнтації будинків біля враховуються також композиційний прийом забудови і рельєф місцевості.

Крім розглянутих чинників, велике значення у містобудуванні мають інші елементи клімату. Наприклад, величина опадів на даній території враховується при інженерному благоустрої території, розрахунку водозбірного басейну, регулюванні поверхневого стоку та проектуванні зливової каналізації.

"Форма слідує за кліматом", - сказав одного разу знаменитий індійський архітектор Чарльз Корреа. Відповідно до цієї ідеї, архітектура має відповідати умовам клімату, нівелювати його недоліки та використовувати переваги.

Вивчаючи традиції будівництва у різних кліматичних умовах, можна побачити рішення, перевірені роками. Наприклад, у місцевості з рясними опадами скат даху роблять найбільш крутим, а в районах, де орудують вітри, при сухому кліматі доцільно влаштовувати плоску покрівлю.

У сучасному будівництві будинки намагаються зробити максимально енергоефективними. Природно-кліматичні умови використовуються так, щоб сприяти зменшенню витрат на експлуатацію. Вимоги комфорту забезпечуються природним шляхом усюди, де це можливо.

Як і які кошти архітектори використовують у проектуванні, працюючи з кліматом?

Природне освітлення

Природне освітлення – один із основних кліматичних параметрів, що враховуються при створенні проекту. Добре продумане, воно значно зменшує потребу в електричному світлі та покращує зорові якості простору. Найпростіший спосіб підвищити рівень природного освітлення в будівлі - це збільшити кількість і розміри засклених поверхонь, світлопрозорих огорож. Вікна, атріуми, верхнє світло забезпечують попадання достатньої кількості світла в інтер'єр.

Орієнтація на світлі є важливим параметром, що враховує кліматичні умови. Як розміщувати приміщення різного призначення та куди їх орієнтувати розписано в нормах проектування. Для кожної території вони свої.

Важливо досягти комфортного режиму інсоляції. Нерідко доводиться боротися з надлишком яскравого сонячного світла та перегрівом. У таких випадках використовують тіньові екрани, виступи покрівлі, навіси, дерева та інші елементи.

Останнім часом зростає популярність застосування сонячного світла як джерела енергії, що відновлюється, особливо в країнах з найбільшою кількістю сонячних днів.

Фотогальванічні елементи (сонячні батареї) встановлюють на дахах та інших поверхнях будівель, що активно освітлюються.

Вітер

Природні потоки вітру також використовують для покращення умов усередині та поряд із спорудами. Завдяки знанню законів аеродинаміки з успіхом вдається охолоджувати та вентилювати навіть величезні хмарочоси поблизу Аравійської пустелі.

Подвійний фасад, між шарами якого циркулює повітря, справляється з цим завданням, заощаджуючи кошти на кондиціювання. Взаємодія форми будівлі та панівних вітрів перевіряють обдуванням макета в аеродинамічній трубі та розрахунками. Чим більша споруда, тим важливіше попередньо її перевірити і за необхідності скоригувати.

Ландшафт

Взаємодія з ландшафтом починається ще з містобудівних ідей. Наприклад, з якого боку від гірських масивів розташувати місто? Де розбити сади та парки, розташувати фонтани та басейни?

Проектуючи окрему будівлю, також проектують її оточення.

Інтенсивне використання дерев охолоджує та зволожує повітря, створює необхідну тінь. Так доцільно захистити південний фасад від сонця. Крім того, щільні посадки зелені можуть формувати потоки вітру, що охолоджують. Водойма біля будівлі – ще один прийом, який покращує мікроклімат, при цьому легкий бриз регулярно освіжає повітря.

І дільниці або отримати безкоштовну консультацію щодо проектування пропонуємо у фахівців нашої компанії.

ЯК ОТРИМАТИ БЕЗКОШТОВНУ КОНСУЛЬТАЦІЮ
або ЗРОБИТИ ЗАЯВКУ НА ПРОЕКТ:

Ваше ім'я

Email

УДКУДК (083,74)

Ломакін І.А.

Студент

2 курс, факультет «Художньо-графічний»

Курський державний університет

Росія, м. Курськ

Характеристика основних кліматичних елементів, що впливають на архітектурне проектування.

До кліматичних елементів відносять: вологість повітря, температуру, опади, вітер, сонячну радіацію, опади. Кліматичну характеристику території міста дозволяють скласти відносна вологість повітря, температура, вітер. Максимальні значення основних кліматичних факторів дають змогу скласти характеристику клімату. У цьому критичні значення різних кліматичних чинників функціонально взаємопов'язані. Можна виявити специфіку клімату, маючи знання критеріальних значень елементів. Також можна знайти ступінь відхилення елементів від комфортних умов, сформулювати комплекс вимог, що підлягають обліку під час проектування прибудинкової території, забудови, будівель.

Перегрів приміщень можливий за температури повітря понад 21°З. Це зокрема проявляється за наявності ізоляції (опромінення прямими сонячними променями). Перегрів організму людини починається за температури повітря понад 28 °С. У таких умовах необхідний захист від сонця, а також рух повітря, як у приміщенні, так і на території міської забудови.

Необхідно врахувати спільний вплив на людину вітру та температури. У перехідні сезони року при температурі зовнішнього повітря близької до 0°С та відносній вологості понад 70% і більше існує потреба у захисті пішохода від вітру. Захист бажаний також при температурі до -15 ° С взимку.

Захист необхідний при відповідності:

Активний захист пішохода необхідний при температурах нижче -35°С (криті утеплені переходи). При швидкості вітру понад 5 м/с та наявності негативної температури на вулиці відбувається різке посилення охолоджування будівель (на 12-15%) та людини. Перенесення піску та снігу починається при швидкості вітру 6 м/с. За таких умов необхідний захист житлових територій міст. За швидкості вітру понад 12 м/с відбуваються механічні пошкодження елементів будівель.

Несприятливою умовою для людини є вологість повітря менше ніж 30% і більше 70%. Сприятливим фактором є вологість повітря, що знаходиться в проміжку 30-70% (залежно від температури).

При проектуванні висотних будівель потрібний особливий облік параметрів вітру. Таке ставлення до цього критерію виникає через необхідність забезпечити стійкість будівель під впливом вітрових навантажень, що зростають із висотою. Також, чим вищий будинок, тим сильніше вітрові завихрення біля стін. Сильні потоки вітру обтікають об'єм, а частина з них опускається вниз і обрушується на пішоходів, що знаходяться поблизу будівлі.

На рис. 1 дана характеристика температури та вітру, спільний вплив яких необхідно враховувати при формуванні зовнішнього середовища міста.

Велике значення має поєднання відносної вологості повітря та температури. У спеку виникає необхідність у тому, щоб висока вологість не заважала людині віддавати надлишки тепла, що накопичується в організмі за цих умов, у зовнішнє середовище. Якщо ця потреба не реалізується, то у людини може виникнути тепловий удар. З графіка температурно-влажностного режиму (рис. 2) випливає, що збереження комфортних умов у літню пору при зростанні температури від 18°С до 28°С необхідно, щоб відносна вологість повітря знижувалася рівня 30-50%.

Мал. 1. Комплексний вплив температури та вітру на будівлі та людину у зовнішньому середовищі

Мал. 2. Графік температурно-вологісного режиму у теплий період року

Скориставшись наведеними графіками та виявленими залежностями, грамотний архітектор приймає правильні рішення для забезпечення комфорту у житловому середовищі.

Список використаної литературы:

1. Архітектурна фізика: Навч. для вузів, Спец. А-87 «Архітектура» / За ред. Н. В. Оболенського. - М.: Будвидав, 1997. - 448 с.: Іл.

2. Місто, архітектура, людина та клімат / Мягков М. С., Губернський Ю. Д., Конова Л. І., Ліцкевич В. К. За ред. к. т.зв. М. С. Мягкова, - М.: «Архітектура-С», 2007. - 344 с.;

3. Ліцкевич В. К. Житло та клімат. - М.: Будвидав, 1984. - 288 с.; мул.

4. СНиП, * Будівельна кліматологія. М. 2000.

5. СНіП 2.01.01.-82. Будівельна кліматологія та геофізика. М. 1983.

6. Посібник з будівельної кліматології (посібник із проектування). - М.: Будвидав, 1977.

8. Аронін Д. Клімат та архітектура М., Держбудвидав, 1959.