Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Предпосылки к архитектурно-строительно му проектированию жилой застройки на сложном рельефе 11
1.1. Республика Дагестан и его климатические и орографические особенности 11
1.2. Микроклимат жилой застройки и ее физиологическая
оценка 16
1.3. Практика регулирования микроклимата жилой застройки 22
1.4. Определение направления дальнейшего исследования 25
1.5. Выводы по первой главе 30
Глава II. Теоретические исследования тепло-ветрового режима сложного рельефа 31
2.1. Тепло-ветровой режим пересеченной местности, учет ветрового режима при проектировании застройки 32
2.2. Теоретическая модель аэродинамики застройки при взаимодействие динамического и конвективного ветра 36
2.3. Роль деятельной поверхности застройки в формировании тепло-ветрового режима приземного слоя воздуха 42
2.4. Модель полей температуры и скорости ветра в застройке 49
Выводы по второй главе 55
Глава III. Природно-климатические условия сложного рельефа потенциального строительства .^
3.1. Физико-математическая модель горно-долинных ветров, учет их в строительном проектировании 57
3.2. Графо-аналитический метод оценки микроклимата сложного рельефа территории под жилищно-гражданское строительство 64
3.3. Микроклимат холмистого рельефа и его влияние на проектирование зданий и застройки 72
Выводы по третьей главе 76
Глава IV. Аэродинамические характеристики жилых зданий и застройки в условиях сложно го рельефа 78
4.1. Описание экспериментальной установки и условия проведения эксперимента 78
4.2. Пространственное обтекание неровностей рельефа произвольной формы воздушным потоком при наличии конвекции 83
4.3. Аэродинамическая характеристика зданий и застройки в условиях сложного рельефа и равнинной местности 88
4.4. Аэродинамическая характеристика зданий и застройки в горной котловине 101
4.5. Оценка ветрового и температурного режима застройки 112
Выводы по пятой главе 116
Глава V. Методика совершенствования планировки, застройки и объемно-планировочного решения зданий на сложном рельефе 117
5.1. Методика регулирования микроклимата жилой застройки 117
5.2. Методика совершенствование планировки, застройки 122
5.3. Методика совершенствование объемно-планировочного решения жилища 127
5.4. Экономическое обоснование проектирования жилой застройки на сложном рельефе 133
Основные выводы 138
Литература
- Практика регулирования микроклимата жилой застройки
- Теоретическая модель аэродинамики застройки при взаимодействие динамического и конвективного ветра
- Графо-аналитический метод оценки микроклимата сложного рельефа территории под жилищно-гражданское строительство
- Аэродинамическая характеристика зданий и застройки в условиях сложного рельефа и равнинной местности
Введение к работе
Большие задачи, стоящие перед градостроителями, обязывают не только расширить масштабы и повысить темпы строительства жилых районов, но также пересмотреть методы и приемы их планировки и застройки с тем, чтобы в соответствии с общим планом развития народного хозяйства страны можно было бы эффективно переустраивать старые и строить новые города, здания и сооружения на базе новейших достижений науки. Важнейшие из этих задач - дальнейшее улучшение условий жизни населения; максимальная экономия средств, вкладываемых в строительство городов и эксплуатацию городского хозяйства; улучшение городской среды, а также архитектурно-художественного облика новой жилой застройки.
Практически вся территория республик Закавказье и Центральной Азии, за исключением районов высокогорных областей, характеризуется жарким климатом. Здесь значительная интенсивность солнечной радиации в сочетании с высокими летними температурами, большой вероятностью солнечного сияния и малой подвижности воздуха, влажности, часто приводит к перегреву жилых помещений и территории жилой застройки. Эти условия вызывает значительные тепловые нагрузки на организм человека, существенно понижая его работоспособность и производительность физического и, особенно, умственного труда.
Микроклимат жилища в большой мере зависит от микроклимата территории городской застройки, от озеленения и благоустройства территории.
Первые микроклиматические исследования жилых территорий относится к 30-м годам (А.С.Антонини) [5].
Современная строительная наука имеет определенные достижения в области градостроительной климатологии. Трудами отечественных ученых разработаны практические методы учета климатических воздействий на тепловой режим зданий (В.И.Ильинский, В.Н.Богословский, Б.Ф.Васильев, А.М.Шкловер, К.Ф.Фокин и др., дано научно-меодическое обоснование
природно-климатической типологии жилища (В.Е.Кореньков, Н.П.Былинкин, В.К.Лицкевич, А.А.Гербурт-Гейбович, К.Биркая и др., выявлены архитектурно-планировочные и объемно-конструктивные мероприятия, обеспечивающие оптимальный микроклимат в городской среде и в помещениях (А.Анто-нини, Н.М.Томсон, Г.В.Шелейховский, С.Б.Чистякова, Г.К.Гольдштейн, К.С.Леонтьева, Н.С.Краснощеко ва, А.Эсенов, И.С.Суханов, А.В.Ершов, З.П.Ломтатидзе, Г.И.Полтарак и др.[43,16,17,122,112,20,24,13,106,119 и др.].
Научная разработка вопросов инсоляции городов и зданий широко ведется в нашей стране и зарубежом. Необходимо отметить А.У.Зеленко, Н.М.Данцига, Л.Л.Дашкевича, Б.А.Дунаева, Д.С.Масленникова, А.Я.Штейн-берга, Н.В.Оболенского, М.Творовского, Т.Плейжела, Ю.А.Крутикова, А.Гиясова и других ученых, внесших заметный вклад в решение рассматриваемой проблемы[41,35,36,39,67,80 и др.].
Проблемами аэрации городской застройки занимался в период 1935-1947гг. А.С.Антонини и Н.М.Томсон. Теоретические и экспериментальные исследования аэродинамики зданий и их комплексов обобщены в капитальных трудах Э.И.Реттера, В.В.Батурина, И.А.Щепелева, В.М.Эльтермана, В.Н.Талиева, Ф.Л.Серебровский, И.К.Лифанов и др.[88,10,121,94,59 и др.].
Исследование аэродинамических характеристик застройки и зданий в городах с жарким штилевым условием климата были изучены А.Антонини, В.С.Козаченко, А.Гиясовым, И.Н.Скрыль и др.[5,48,26,95].
Изучению вопроса, отражающие влияние климатической защиты жилой застройки и зданий в жарком климате за рубежом значительный вклад внес Д.Аронин, Д.Аткенсон, Р.Ауэб, Д.Дхар, В.Олджей, Д.Саини, Т.Роджерс, Г.Липсмайер, Б.Эванс, С.Заколей, Б.Андерсон и др.[136,142,143,141].
Градостроительные аспекты освоения сложного рельефа изучались в бывшем СССР и за рубежом Васильевым Е.А., Григоряном А.Г., Коволенко П.П., Курбатовым В.В., Крогиус В.Р., Маминошвили Б.А., Кросс 3., Нейри Я., Горниак Л. и др.[31,55,51,65,29].
Большая работа в области физиолого-гигиенических исследований, связанные с выявлением особенности терморегуляции организма человека в городах с жарким климатом проведеные Н.К.Витте, М.С.Горомосовым, А.Н.Марзеевым, А.Е.Малышевой, Ю.Д.Губернским, Б.А.Айзенштат, Э.Адольф, Л.Банхиди и др. позволили наметить границы теплового комфорта в помещениях и на территории жилой застройки [18,30,64,3,126,127].
Имеется целый ряд общегосударственных и рес-публиканских решений, касающихся проектирования и строительства зданий и застройки в условиях жаркого климата. Осуществлено немало исследова-тельских работ, предлагающих пути и средства борьбы с перегревом. В этом направлении ведутся работы в ЦНИИПградостроительства, ТбилЗНИИЭП, ТашЗНИИЭП, УзНИИПградостроительства, НИИСФ, ГГО им. А.И.Воейкова и МГСУ и др.
С целью поиска возможностей улучшения микроклиматической среды городской застройки и жилища, прежде всего, необходимо, проанализировать классификацию климатического районирования территорий, а также типов погодных условий, на основе которых выявить города, характеризующиеся специфическими признаками погоды.
До настоящего времени в архитектурно-строительной практике проектирования и строительства применяется СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» со схемой районирования территории бывшего СССР с характеристикой климатических районов и подрайонов разработанной ЦНИИЭП жилища. Указанные схематические карты климатического районирования отражают лишь фоновые изменения климата крупных территорий, охватывающие целые республики СНГ. Учет местных особенностей природы и климата (рельеф, безветрие, направление ветра, пыльные бури и т.п.), играющие существенную роль при проектировании зданий и их комплексов, представляет собой особую проблему.
Широко известна также классификация тропического климата английского ученого Д.А.Аткинсона [136]. Она в основном учитывает температурно
-влажностный режим, преобладающий в течение всего года, и выделяет шесть типов климата: жаркий сухой, теплый влажный, горный, приморских пустынь, муссонный, океанских островов.
Жаркий тип погоды имеет признаки жарко-сухого, жарко-влажного климата. Для территории республик Центральной Азии и юга Казахстана характерен жарко-сухой климат, районы, охватывающие территории Закавказья, характеризуется жарко-влажным климатом.
Проаназировав классификации метеоусловий различных авторов, Гиясов А.[26], наряду с указанными выше погодными условиями выделил следующие специфические для южных районов жарко-ветровой и жарко-штилевые признаки погоды. К подобным районам соответствует Махачкала и Тлярата. Подобное выделение жаркого климата на более мелкие признаки и их учет в градостроительной практике является следующим важным шагом в решении архитектурно-строительных задач.
И, наконец, если просмотреть рекомендации и предложения различных авторов по борьбе с перегревом в городах средствами планировки, застройки, благоустройства, озеленения и обводнения, то можно заметить, что все они посвящены решению задач, связанных с жарко-ветровым климатом. Рекомендации по проектированию жилых образований в районах, характеризующиеся жарко-штилевым климатом практически отсутствуют за исклю-чением отдельных предложений, носящих локальный характер.
Отличие настоящей работы от исследований, проведенных большим количеством ученых разных стран, заключается в том, что в ней:
-учитывается традиционная практика регулирования тепло-ветрового режима и производится поиск путей регулирования микроклимата застройки в условиях жарко-штилевого и жарко-ветрового условий климата сложного рельефа;
-детально изучается аэродинамическая характеристика застройки при вза-имодействии фонового динамического и местного ветра;
-изучаются пути формирования склоновых ветров и их роль в аэрации застройки;
-теоретически, экспериментально и путем натурных исследований изучается форма и мощность воздушных движений термического происхождения на территории сложного рельефа и равнине потенциального строительства;
-изучается роль местных и динамических ветров в аэрации застройки. Целью диссертационной работы является разработка методики эффективного регулирования микроклимата жилой застройки в условиях сложного рельефа и жаркого климата. Задачи исследования:
-выявление специфических особенностей местных природно-климатических жарко-ветровых и жарко-штилевых условий, обуславливаемых орографией местности;
-выявление роли местных климатических факторов в формировании микроклимата застройки;
-разработка физико-математической модели полей температуры и скорости ветра застройки на сложном рельефе при неизотермических и изотермических условиях деятельного слоя;
-разработка методики регулирования тепло-ветрового режима застройки сложного рельефа.
Методы исследования:
-изучение отечественного и зарубежного опыта проектирования и строительства зданий и застройки на сложном рельефе;
-обобщение и систематизация методов оценки фоновых, местных особых климатических условий;
-аналитический расчет инсоляции территории застройки с выявлением термически контрастных зон, а также аэрации застройки при ветренних и штилевых погодных условиях;
-графо-аналитический метод оценки микроклимата сложного рельефа;
-лабораторные исследования композиций жилых групп и протекающих в них тепло-ветровых процессов;
-натурные экспериментальные исследования связи архитектурно-строительных решений застройки с микроклиматическими процессами. Научная новизна работы:
Выявлена роль склоновых местностей и застроек для установления закономерностей тепло-ветровых процессов при условии их инсоляции.
В новом аспекте решена задача по регулированию местных ветров, сформировавшихся на рельефной застройке.
Разработана теория расчета пространственной обтекаемости зданий воздушным потоком в условиях сложного рельефа при конвекции.
Разработана методика расчета естественной аэрации зданий и застройки в условиях сложного рельефа с жарким штилевым и маловетренним климатом путем оценки тепло-ветровых процессов застройки. Разработана программа для численных расчетов на ЭВМ.
Определены пути и средства регулирования микроклимата застроек и зданий. Даны научные рекомендации по планировке, застройке, архитектурной организации жилых домов, благоустройству и озеленению сложного рельефа потенциального строительства. Практическая ценность работы:
Выявлена роль местных климатических факторов в формировании жилых образований, возводимых на сложном рельефе жаркого региона.
Разработан инженерный метод аэродинамического расчета застройки и зданий на рельефе, позволяющий прогнозировать и улучшить микроклимат.
Определена методика практического регулирования микроклимата путем применения рациональных градостроительных и архитектурно-строительных средств.
Разработана методика совершенствования приемов планировки, застройки и объемно-планировочной организации жилища, возводимых на сложном рельефе жаркого климата. На защиту выносится.
-результаты эксперементальных исследований по формированию тепло-ветрового режима на территории застройки и в жилище;
-метрдика расчета аэродинамических характеристик зданий и застроек при фоновом и местном ветре и установление их взаимосвязи;
-методика регулирования микроклимата территории застроек и зданий архитектурно-строительными и градостроительными средствами.
Результаты работы внедрены в Государственном проектном институте «Дагестангражданпроект» и в разделах 3.3 и 3.4 учебного пособия «Конструирование гражданских зданий» автор Гиясов А. -М.: Издательство АСВ, 2004г.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции в Душанбе (сентябрь 2002г.) и заседании кафедры Архитектуры ГПЗ МГСУ в 2004г.
Публикация. Результаты диссертационных исследований опубликованы в 2 научных трудах и включены в разделяя 3.3 и 3.4 учебного пособия «Конструирование гражданских зданий», автор Гиясов А. М.,АСВ, 2004г.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 144 наименований. Общий объем диссертации составляет 276 стр. в том числе 150 стр. машинописного текста, 114 рисунков, 29 таблиц, 125 стр. приложения.
Практика регулирования микроклимата жилой застройки
В районах жаркого климата южном регионе СНГ традиционное размещение поселение и объемно-планировочное и конструктивное решение жилищ выражает борьбу с перегревом.
Места для древних поселений выбирались в предгорьях, на побережье, т.е. на стыке природных сред обеспечивающих присутствие бризовых ветров с пониженной температурой воздуха, примером которой является города Махачкала и Дербент.
Основным средством борьбы с перегревом жилой застройки являлась планировочное и объемно-пространственное решение застройки.
Вокруг небольшого дворика «хавли» располагались обслуживающие и жилые помещения. Окна, двери (а иногда и проем во всю стену) помещений обращались во двор. Наружные стены, выходящие на узкие проезды, делались глухими.
Дома нередко делались 2-этажными. При таком решении инсоляцию принимали на себя в основном крыши, имеющие мощную теплоизоляцию. В итоге температура внутри помещениях снижалась до уровне комфортного (+26С) во дворах (+32С) при наружной температуре +34...+38С.
В условиях многоэтажного строительства резко меняется плотность и планировочное решение застройки территории, и поэтому традиционные способы регулирования микроклимата оказываются мало приемлемыми (рис.11 прилож.).
Территория дворов, хозяйственных, игровых площадок, участки отдыха и спорта, стены зданий становятся основной инсолируемой поверхностью при нагреве солнечной радиации до +60...+65С, являются мощным источником нагрева приземного слоя воздуха.
Борьба с перегревом в современных южных городах приобретает значение научной проблемы насущной практики.
Натурные наблюдения, проведенные в жилых домах Б.Ф.Васильевым в Бухаре [17], А.В.Ершовым в Ташкенте [40], А.А.Амфилохиевым в сельских районах Киргизии [4], О.К.Катляр в Хиве, П.М.Лернер в Самарканде, В.А.Ту-руловым и В.П.Дмитриевым на территории Узбекистана [102], М.Денбай в Хартуме (Судан) показали, что температура воздуха в народном жилище юга приблежается к уровне комфорта и составляет +26...+29С при наружной температуре +35...+40С.
Натурные измерения, проведенные О.К.Катляр, А.В.Ершовым в современных многоэтажных жилищах Ташкента [40], И.И.Нигматовым, А.Гиясо-вым в Душанбе [76] показывает, что температура воздуха в квартире без солнцезащиты достигает до +32...+34С при температуре наружного воздуха равной +38С.
В настоящее время накоплено множество средств регулирования микроклимата, а также пути борьбы с перегревом на территории застройки.
В статье Е.С.Семеновой [116] рассматривается эффективность некоторых приемов озеленения и обводнения в регулировании микроклимата дворов на примере городов Ташкента и Ашхабада. Массив дуба с густым подлеском снижает температуру воздуха в приземном слое на 4...5,5С, температуру поверхности под кроной на 20...25С, интенсивность солнечной радиации на 98... 100%, скорость ветра на 60...75% и повышает относительной влажности воздуха до 20%).
По данным Н.С.Краснощековой [50], коэффициенты пропускания прямой радиации кронами деревьев в Баку составляет 0,62... 12,1%, в Ташкенте -0,83...9% падающей радиации, что способствует улучшения микроклимата создавая плотный тень на территории.
Характеристики микроклиматических условий в зеленых массивах в зависимости от сомкнутости, приемов организации породного состава зеленых насаждений содержит статья Н.С.Краснощековой, З.А.Николаевской, М.М.Чернавской[50]. В ней указывается значительное понижение температуры воздуха (до 10С) можно наблюдать в насаждениях с высокой сомкнутости полога.
Вьющиеся растения (виноград пятилистый, плющ обыкновенный, лианы) пропускают 10...20%) солнечной радиации. По данным Н.А.Вычеслава в пристенном слое воздуха жилища сориентированного на восток разность температур у открытой стены и стены под растением в июне составляет 5,9С, нагрев поверхности стен снижается при этом на 8...10С.
Теоретическая модель аэродинамики застройки при взаимодействие динамического и конвективного ветра
При обтекании застройки неизотермического режима ветровым потоком на сложном рельефе и равнине образуется наложения двух горизонтального и вертикального потоков.
С целью выявления характера обтекания зданий в условиях инсоляции поверхностей зданий и прилегающей территории рассмотрим механизм взаимодействия двух различно направленных потоков используя [90] (рис.22 прилож.). Основой построения нового результирующего потока является принцип сложения составляющих скоростей по правилу параллелограмма. Линейные масштабы для составляющих потоков должны совпадать, а расстояния между линиями тока должны быть обратно пропорциональны скоростям, т.е. Ащ __ vK — = -, AnxU = An2vK, (1)
Из полученного равенства видно, что расход воздуха, протекающего между линиями тока в обоих потоках, должен быть одинаковым: AL/= AL2. Результирующий поток должен обладать такими же свойствами.
При построении, изображенном на рис.22 прилож., равенства вида (1) удовлетворяются и для результирующего потока. Из подобия прямоугольных треугольников вытекает, что Ля, AS{ Ап2 AS2 (2) Приравнивая правые части равенства ( 1 ) и ( 2 ), получим (3) AS2 U Отсюда An = AS/ sinCt - AS2 sin/3; An/= AS sina; An2 =AS sin/3, U v рез то An/Ani = AS/AS при этом An vpe3 = Anj U. Результирующие потоки обладает такими же свойствами, как и составляющие потоки. Отсюда вытекает правило построения потоков не только для рассмотренного частного случая, но и для случаев, когда линии тока криволинейны. В итоге анализа на основе [89] можно установить проекцию скорости изучаемого потока в виде rr L х 2 L У 2 vr = U + т + У = VK + Т + У (4) 2л: х2 - 2л- х2 К } где L — интенсивность источника. При х- 0 имеем vx - U и при у- 0 vv = vK. Следовательно, вдали от источника течение воздуха становится плоскопараллельным.
Несмотря на то, что скорости набегающего плоскопараллельного потока по высоте были приняты одинаковыми, скорость воздушного потока вблизи обтекаемого контура возрастает, это следует из формулы vx=U(l + ); vy=v(\ + ); (5) яг яг где Н- высота обтекания, г - радиус источника.
Полученные закономерности изменения скорости вблизи обтекаемого здания и застройки позволяют перейти к изучению давления и определения аэродинамических коэффициентов.
Нижний пограничный слой атмосферы над городом характеризуется развитым перемещением (турбулентным обменом), генерируемым сопротивлением трения, возникающим при движении нижних слоев воздуха по неровной шероховатой поверхности городской застройки, и воздушными частицами, всплывающими от нагретой поверхности деятельного слоя (рис. 23 и 24 прилож.).
На территории современного города выделяется значительное количество тепла, что связано с природно-климатическими особенностями и хозяйственной деятельностью населения.
Под воздействием нагрева над городом образуется микроклиматические районы пониженного атмосферного давления, что в условиях штиля или слабых ветров вызывает появление токов воздуха от окраин по направлению к центру со скоростью 3,3м/с [131].
В этой связи изучение влияния городского тепла в целом и острова тепла во фрагментах на ветровой режим представляет большой интерес в аспекте улучшения микроклимата и оздоровления воздушной среды городов.
На развитие островов тепла (конвективный поток) наибольшее влияние оказывает ветер (адвективный поток). Хотя инсоляция является важным фактором в образовании островов тепла, опыт показывает, что влияние сильного ветра более существенно. Для количественной оценки этого влияния можно использовать зависимость Саммерсу [131], характеризующая соотношение между скоростью ветра и интенсивностью острова тепла.
Графо-аналитический метод оценки микроклимата сложного рельефа территории под жилищно-гражданское строительство
В формировании благоприятного для человека микроклимата населенных мест на сложном рельефе существенную роль играет процесс аэрации, определяющий взаимодействие воздушных течений в нижних слоях атмосферы с застройкой. Рельеф в основном относится к макрошероховатости. Он формирует скоростное поле воздушного потока за счет термического нагрева и охлаждения склонов, а также трансформирует фоновый ветер, вызывая конвергенцию и другие формы воздушного потока.
Знания морфографических признаков строения рельефа местности и аэродинамических свойств элементов застройки обеспечивают проектирование городов с учетом аэрации жилых территорий.
Исследования, проведенные в СНГ и за рубежом в области метеорологии, физики, медицины дают проектировщикам богатый теоретический и экспериментальный материал по вопросам закономерностей формирования воздушных течений различных масштабов, характеристик ветра в условиях сложного рельефа в городской застройки, состояния человека на открытом воздухе и помещении.
Однако при использовании результатов этих работ возникают серьезные трудности, а также наряду с этим отмечается, что в настоящее время отсутствует метод расчета аэрации населенных мест на изрезанном рельефе в ма-ловетренних и штилевых районах.
Термодинамическое влияние рельефа на фоновый ветер обуславливает восходящие и нисходящие течения по склону. Процесс стока-подтока воздушных масс является регулятором тепла в приземном слое воздуха в холмистом рельефе и определяет летом поле температуры. Помимо этого при стекании воздушных масс вниз по склону образуются области застоя, т.е. зоны наиболее интенсивных инверсий. Эти зоны наиболее неблагоприятны в городской застройке.
В горных районах вследствие неравномерного нагрева и охлаждения хребтов, склонов и долин образуется горно-долинные ветры. В жаркий летние дни вершины и хребты гор прогреваются солнцем сильнее, чем долины, и воздух, лежащий над ними, нагревается и поднимается вверх. Утром и днем при инсоляции по склону воздух начинает двигаться, образуя анабатический ветер склонов (рис. 18, 20, 34, 35 прилож.). К полудню вступает в действие долинный ветер, так как воздух долин начинает подниматься по склонам, таким образом, происходит естественное проветривание склоновой и долинной застройки, что способствует улучшению микроклимата.
Одним из наиболее интересных в то же время сложных факторов в исследованиях по строительной климатологии является выбор масштаба представления климата и его факторов. Выбор масштаба в значительной степени влияет на формообразования городской застройки и его элементами. В связи с этим предлагается следующая общая система категорий климата и ветрового режима.
В зависимости от масштабности климатических явлений изучаемая под строительство территория подразделяется на: макрозону с макроклиматическими явлениями, происходящими в пространстве целого географического ландшафта; мезозону с мезоклиматическими явлениями, происходящими в пространстве отдельной части географического ландшафта; микрозону с микроклиматическими явлениями, происходящими в пространстве небольшой территории города (улицы, площади, склоны и пр.).
Методы количественной и качественной оценки масштабных явлений в каждом случае имеет свою специфику. В частности, для оценки мезоклима-тических и микроклиматических явлений территории со сложным рельефом были проведены экспедиционные измерения параметров климата согласно методики ГГО [72].
Количественные методы исследования нами применялись при картировании мезоклимата и микроклимата на морфологической основе. Самая несложная морфологическая карта, которая может быть использована при архитектурно-планировочном проектировании является анализ количественной характеристики рельефа построением карты вертикального расчленения или глубины расчленения рельефа (рис.37 прилож.). Наиболее распространенными морфологическими характеристиками является: глубина расчленения рельефа - расстояние между двумя относительными превышениями по вертикали (рис.38 прилож.); частота расчленения - расстояние по горизонтали между этими уровнями (рис.39 прилож.); угол наклона местности (рис.40 прилож.); экспозиция склонов (рис.39, 40, 41 прилож.).
Аэродинамическая характеристика зданий и застройки в условиях сложного рельефа и равнинной местности
Величина воздушного потока, пронизывающего застройку в течение некоторого времени и по одному направлению выражается формулой Q =/Р и (63) где/- проекция контура застройки на плоскости нормальной направлению ветра, м2; р - цифровое выражение повторяемости ветра; U— скорость ветра, м/с.
Городская застройка образует сложные урбанистические комплексы, рельеф которых увеличивает турбулентность воздушных потоков при ветровом воздействии. Здание, которые подвержено действию ветра, представляет собой преграду воздушному потоку, изменяет направление ветра, и в результате образуется область аэродинамической тени, характеризующаяся отрицательным давлением и замкнутой циркуляцией воздуха [88].
Одним из наиболее важных вопросов, связанных с исследованием строительной аэродинамики, является вопрос о характере обтекания зданий и их комплексов воздушным потоком. Необходимость изучения данного вопроса с тем, что обтекание зданий и их комплексов ветром сопровождается возникновением сложной вихревой зоны за зданием и образованием ветрового потока с высокой турбулентностью и деформациями полей скоростей над зданием и вокруг него.
При исследовании отрывных течений многие специалисты - Э.И.Реттер, Ф.Л.Серебровский, В.Н.Никитин, В.П.Титов, В.И.Сомсонов, И.К.Лифанов и др. в качестве моделей зданий использовали параллелепипеды простейших форм. В результате были получены некоторые закономерности определения длины циркуляционных зон в зависимости от геометрических параметров зданий и толщины пограничного слоя набегающего потока. Однако отмечается, что в указанных работах не учитывалось влияние рельефа местности, конвекции и турбулентности воздушного потока на формирование циркуляционных зон над зданием и за ним, а также на распределение в них скоростей.
С целью изучения влияния геометрических размеров здания и инсоли-руемых плоскостей, крутизны склоны возвышенности на длину циркуляционных зон за зданием были произведены экспериментальные исследования в «метеорологической трубе». Все испытания моделей производились при скорости набегающего воздушного потока до 20м/с. Картина обтекания моделей были определены визуально с помощью задымления территории из подполья рельефа.
Анализ полученных качественных и количественных картин показывает, что при взаимодействии ветра со зданием перед ним образуется зона подпора за счет вертикальных стен зданий и конвективного потока от инсолируемой поверхности территории и стен наветренной стороны. При этом часть потока обтекает здания сверху, а часть с боков за зданием образуется отрывная зона, состоящих из двух эллиптических вихрей (рис.66-71 прилож.). Координаты линии нулевых скоростей, а также длина циркуляционной зоны за зданием существенно зависят от крутизны склона и параметров и месторасположения инсолируемых термически активных поверхностей (рис.72-76 прилож.). С увеличинием крутизны склона длина циркуляционной зоны и координаты линии нулевых скоростей уменьшаются, таким образом «отрывной пузырь» продавливается воздушным потоком (рис.73-76, табл. 23-26 прилож.).
В результате обработки полученных данных была установлена зависимость длины ветровой тени здания от отношения длины фасада к высоте (l/h) применительно к различным уклонам местности для наветреннего склона (рис.77 и 78 прилож.) и выведена формула, позволяющая определить длину циркуляционной зоны за зданием в зависимости от его геометрического размера и условии инсоляции: при отсутствии конвекции
Высотные здания на пути воздушных потоков способствуют отклонению их движения, в результате чего перед преградой с наветренной стороны здания образуется «мертвая зона». При инсоляции горизонтальных и вертикальных поверхностей застройки в «мертвой зоне» формируется конвективное движение, что значительно превышает условия естественной аэрации и в последствии оказывая влияния на характер обтекания воздушным потоком, внося свою корректуру.
В районах с жарким штилевым климатом при строительном проектировании наряду с ветром общециркуляционного характера, необходим учет профилирующих местных ветров склонового, горно-долинного происхождения (см.3.1). Они могут существенно изменяться на близких расстояниях и поддаются воздействию при застройке.
По данным Е.Н.Романовой, коэффициент изменения скорости ветра в холмистом и среднегорном рельефе может меняться в пределах от 1,5 до 0,5 по сравнению со скоростью его на ровном, открытом месте [26].
При малой скорости ветра, в холмистом и горном рельефе на склонах наблюдаются ветры катабатичесие и анабатические, а в пониженных частях рельефа образуются зоны застоя воздуха, точные контуры которых также должны быть выявлены и учтены при застройке территории.
Исследуемый южный район рассматривается, как территория, в которой днем естественная аэрация организовывается за счет конвекции самого города и приграничных инсолирумых горных склонов, а ночью в город спускается прохладный воздух. В связи с этим регулирование микроклиматических факторов должно базироваться на использовании механизма физических процессов анабатических и катабатических ветров. Соответственно, в качестве первоочередной встает задача активизации системы восходящих и нисходящих городских и склоновых потоков воздуха.
