Основные климатические характеристики

Строительная климатология предусматривает учет климата при решении архитектурно-строительных задач, составление климатических характеристик района строительства с целью выявления благоприятных и неблагоприятных для человека факторов климата.

Климат нашей страны разнообразен, многообразны его воздействияначеловека, на формирование среды обитания. Без учета климата нельзя построить экономично, достаточно прочно; нельзя создать условия, благоприятные для деятельности человека.

Климат влияет на долговечность зданий – длительность их эксплуатации, что определяется способностью противостоять климатическим воздействиям. Чтобы обезвредить отрицательные факторы климата и использовать положительные, необходимо, изучив климат района строительства, выбрать наиболее подходящие строительные материалы, известным образом реагирующие на мороз или жару, повышенную или пониженную влажность, стойкие против коррозии и т.п.; определить планировку здания, обеспечивающую наибольший комфорт для человека.

Показатели климата можно разделить на две группы – общие и специальные.

К общим показателям климата относятся: температура (t, °С), влажность (w, %), перемещение воздуха (u, м/с), солнечная радиация (Р, Вт/м²).

Температура – один из важнейших климатических элементов. В таблице 2 приведены температурные шкалы и их связь.

Таблица 2 – Температурные шкалы

Температура в рабочее время дня t_ср^дн зависит от средней температуры климата, за отдельные месяцы г ода t_ср^мес и средней амплитуды колебаний температуры Аt_н в течении суток и имеет наибольшее значение для тепловой характеристики.

С учетом теплового воздействия на человека выделены следующие виды погоды:

– холодная (ниже +8 °С);

– прохладная (8-15 °С);

– теплая (16-28 °С);

– жаркая (выше +28 °С);

– очень холодная (ниже -12 °С);

– очень жаркая (выше +32 °С).

Продолжительность характерных видов погоды в течении года определяет основные черты климата, которые влияют на конструктивные и архитектурные решения зданий.

Долговечность здания зависит от состояния основных его частей –фундамента, несущих стен или каркаса, ограждающих конструкций. Под переменным воздействием тепла и холода материалы конструкций разрушаются. Интенсивнее разрушение происходит при быстрой смене температур и, особенно, при перепадах температуры с переходами через 0° С.

Поэтому при проектировании зданий учитывают:

– расчетную температуру наиболее холодных суток и пяти суток;

– амплитуды колебаний температуры воздуха – суточные, месячные, годовые.

Для определения влажностного режима пользуются следующими показателями.

Влажность воздушной среды существенно влияет на влажностное состояние конструкций.

Для определения влажностного режима пользуются следующими показателями.

Абсолютная влажность f, г/м³, – количество влаги в граммах, содержащееся в 1 м³ воздуха.

Парциальное давление (упругость) водяного пара е, Па, – давление г или пара, находящегося в смеси с другими газами – дает представление о количестве водяного пара, содержащегося в воздухе.

Состояние полного насыщения воздуха водяными парами называется стан насыщения W, г/м³. Стан насыщения постоянен при заданной температуре воздуха.

Предельное значение парциального давления Е, Па, соответствует полному насыщению воздуха водяными парами.

С повышением температуры воздуха величины Е и W увеличиваются. Значения Е для воздуха с различной температурой приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Значения максимального парциального давления водяного пара Е, Па, для различных температур (при атм. давлении …)

Относительная влажность воздуха j характеризует степень насыщения воздуха водяным паром и определяется, как отношение абсолютной влажности к стану насыщения при постоянной температуре:

(1)

Относительная влажность воздуха может быть определена, как отношение абсолютного парциального давления к парциальному давлению в стане насыщения:

(2)

Величина j влияет на интенсивность испарения влаги с любых увлажненных поверхностей.

По величине j различают влажностный режим помещений:

сухой (j< 50%);

нормальный (j=50¸ 60%);

влажный (j=61¸ 75%);

мокрый (j> 75%).

С повышением температуры воздуха относительная влажность j понижается, величина парциального давления е остается постоянной, а величина Е увеличивается, так как теплый воздух может быть более насыщен парами влаги, чем холодный.

При понижении температуры относительная влажность j возрастает и может достигнуть 100 % и при некоторой температуре может оказаться Е = е, наступает состояние полного насыщения воздуха водяным паром. Температура, при которой наступает полное насыщение воздуха водяным паром, называется температурой точки росы t_р. При дальнейшем понижении температуры воздуха t_в, внутри помещения избыток влаги переходит в жидкое состояние – конденсируется, и в виде жидкости оседает на ограждении.

Величина j влияет на процессы конденсации влаги в толще и на поверхности ограждения, на влагосодержание материала ограждения.

Пример определения точки росы:

Повышенная влажность воздуха ухудшает эксплуатационные качества конструкций, уменьшает срок их пригодности и отрицательно влияетнамикроклимат помещений. При проектировании производят расчет возможного увлажнения, образования конденсата на поверхности или в толще ограждения.

По сочетанию температуры и влажности воздуха определяют комфортность условий в помещениях. Требования к условиям комфортности установлены в санитарно-гигиенических нормах с учетом климатического района строительства. Это объясняется особенностями влияния климата на организм человека в различных условиях. В районах с холодной зимой для нормализации теплового состояния человека в жилище требуется более высокая температура в помещении, чем в теплых районах.

В зависимости от климата, соотношения температур и влажности наружного воздуха и внутри помещения, перемещение водяного пара через ограждение происходит наружу или внутрь помещений.

Например, в Москве в течение года температура наружного воздуха (таблица 4) редко превышает температуру внутри помещения (18 °С), преобладает тепловой поток наружу. Абсолютная влажность воздуха 50 – 60 % внутри помещений большую часть года выше, чем снаружи (таблица 5), следовательно, преобладает движение водяного пара из помещения наружу. В качестве меры, предупреждающей конденсационное увлажнение ограждений, в Москве предусматривают гидроизоляционный слой ближе к внутренней стороне стены (к наиболее влажной зоне ограждения).

Таблица 4 – Средняя месячная и годовая температура воздуха, °С

Таблица 5 – Влажность и осадки

Поэтому нельзя автоматически переносить профилактические мерыизодного района в другой, без учета особенностей климата, а именно, температуры и влажности воздуха.

Количество выпадающих осадков и их интенсивность имеют большоезначение при проектировании. Влияние осадков на ограждения зданий существенно.

При дождях с сильными порывистыми ветрами стены увлажняются. В холодное время года влага перемещается внутрь конструкции от более холодных и влажных слоев к более теплым и сухим.

Если ограждения легкие, влага может достигать внутренней поверхности стены. Если стены массивные, влага не проникает внутрь помещения, но такие стены медленно высыхают, а при понижении температуры влага внутри конструкций замерзает и разрушает стены. Разрушение ускоряется оттепелями. Более вредное действие оказывают моросящие длительные осадки, чем интенсивные, непродолжительные в виде мелких капель. Мелкие капли удерживаются на поверхности и впитываются материалами. Крупные капли скатываются со стен под действием силы тяжести.

Осадки (дождь, таяние снега) увеличивают влажность грунта, повышается уровень грунтовых вод. Это опасно для зданий возможностью вспучивания грунта, затоплением подземной части здания.

Количество выпадающего снега увеличивает нагрузку на крыши зданий. При проектировании покрытий учитывают возможность интенсивных снегопадов, создающих кратковременную нагрузку.

Ветер оказывает непосредственное воздействие на здания. От направления и скорости воздушных потоков зависит температурно-влажностный режим территории. От скорости ветра зависит теплоотдача зданий. Ветровой режим влияет на планировку, ориентацию зданий, размещение промышленной и жилой зоны, направление улиц.

Например. В Сибири и на Урале внутренняя поверхность наружной стены, расположенной перпендикулярно холодному ветру, несколько холоднее, чем при штиле. В Мурманске зимой в квартирах, окна которых выходят на юг, холоднее, чем в ориентированных на север, потому что южный ветер там оказывается более холодным. В условиях жаркого климата расположением комнат можно добиться сквозного проветривания квартир, т.е. ветер улучшает микроклимат жилища. Во влажных районах ветер ускоряет просушивание ограждений, таким образом, увеличивая долговечность зданий.

Лучистая энергия солнца (солнечная радиация) создает естественное освещение земной поверхности. Солнечную радиацию можно определить как количество энергии на единицу поверхности, Вт/м².

Спектр солнечной радиации состоит из ультрафиолетовых лучей (около 1 %), видимых лучей, которые светят (около 45 %), и инфракрасных лучей, которые греют (около 54 %).

Земной поверхности достигает лишь часть солнечной радиации: прямая, рассеянная и отраженная.

Количество суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации приведено в СНиП [ ] для горизонтальных и вертикальных поверхностей.

Облучение какой либо поверхности прямыми солнечными лучами называется инсоляцией. Инсоляция территории или помещения измеряется продолжительностью в часах, площадью облучения и глубиной проникновения солнечных лучей в помещение.

Положительное действие инсоляции определяется бактерицидными свойствами солнечных лучей и тепловым воздействием.

Количество солнечной радиации также зависит от широты района строительства, времени года и имеет максимальную интенсивность в летний период (рисунок 6).

От количества приходящей солнечной радиации зависит нагрев стен и температура внутри помещений. При открытых окнах в помещение поступает тепла столько же, сколько и на стены. При закрытых окнах часть радиации отражается от стекла, часть поглощается стеклом и оконными переплетами, нагревая их. При одинарном остеклении через окно проникает около половины падающей радиации (41–58 %), при двойном остеклении – около 1/3 радиации (23–40 %).

Рассматривая влияние солнечной радиации на здание, следует учитывать поглощательную способность различных материалов, которая зависит от их цвета и состояния. В таблице 6 приведена поглощательная способность различных материалов.

Таблица 6 – Поглощательная способность материалов

Подобрав соответствующие материалы и нужные цвета для ограждений здания, можно изменить величину радиации, поглощаемую стеной, уменьшить или увеличить нагрев конструкций солнечным теплом.

Необходимо учитывать, что стены разной ориентации в разное время суток нагреваются неодинаково, при этом их температура на 15–20°С выше температуры окружающего воздуха. Кроме того, создаются большие контрасты между стенами здания. Такое возможно и в холодное время года в некоторых районах.

В результате нагрева панели деформируются, в кирпичных стенах возникают температурные напряжения, которые сравнимы по своей величине с другими нагрузками и должны учитываться при проектировании.