Архитектурные приемы регулирования микроклимата
В этом разделе работы на основе комплексной оценки климата местности делают выводы, связывающие климатическую типологию с типологией архитектурных сооружений и планировок. Продумываются все средства смягчения влияния неблагоприятных факторов климата на человека. Эти средства можно разделить на три группы: архитектурно-планировочные, конструктивные и инженерно-технические.
а) Использование архитектурно-планировочных средств.
В связи с географической широтой и характером местного климата, делается выбор типа планировки жилого дома, обеспечивающей активизацию или ограничение проветривания. Выбор ориентации фасада жилого здания связан с типом секции и должен обеспечивать норму инсоляции в квартире и по возможности отсутствие ветроохлаждения и перегрева помещений. Следует учитывать условия аэрации помещений. При ориентации фасадов перпендикулярно к ветру, скорость ветра, проникающего в здание через раскрытые окна, снижается до 20% при сквозном проветривании и до 7% при одностороннем проветривании помещений. При ориентации фасадов под углом 450 к направлению ветра, скорость ветра проникающего в здание при тех же условиях снижается еще дополнительно на 15 – 20%. При планировке городов важно предусмотреть защиту жилого района от задымления со стороны промышленных предприятий. Это достигается правильным расположением промзоны по отношению к жилому району. Промзона должна располагаться в направлении с наименьшей повторяемости ветра (Рmin). Дополнительно решается противоположная задача.
Допустим, по условиям рельефа местности промзону вынуждены расположить со стороны наибольшей повторяемости ветра (Рmax).
Тогда необходимо определить минимальное расстояние (Lmin) от жилого района до промзоны: Lmin= Lо Р/Ро
где Lо – допустимое расстояние от жилого района до промзоны при отсутствии ветра, L0=1000м;
Ро – средняя повторяемость ветра по любому направлению: Ро=100%/8=12,5%;
Р – повторяемость ветра в данном направлении (Р>Ро).
В данном случае: Lmin= 1000 Рmax/12,5
Направление основных магистралей и сети улиц рекомендуется выбирать в соответствии с розой ветров, с тем, чтобы обеспечить должную аэрацию городского района или защиту от неблагоприятных сильных ветров.
При совпадении направления ветра с направлением прямой магистрали, вдоль которой фронтально располагаются здания, возникает эффект усиления скорости ветра до 20%. Если этот эффект не желателен, то следует расположить здания (особенно длинные) под углом 45 – 90о к направлению магистрали. Здание, встречающее ветровой поток, создает позади ветровую тень (затишье) в пределах 3 – 8 высот (h). При планировке жилого квартала для защиты от неблагоприятного ветра рекомендуется расстояние между соседними зданиями меньше 3 – 8 h, а для аэраций квартала расстояние больше 3 – 8 h. Необходимо также по мере надобности предусмотреть обводнение и озеленение жилого квартала. Озеленение смягчает действие ветра и солнца, повышает влажность сухого воздуха.
Рекомендуемые архитектурно-планировочные средства должны отобразиться в расчетно-графической работе, в виде структурно-планировочных схем: жилой секции, городского района, квартала, микрорайона.
б) Архитектурно-конструктивные средства
В соответствии с преобладающим типом погоды и климата местности выбирается конструкция окон (например, двойное или тройное остекление), применяются балконы, лоджии, эркеры и т.п. По мере надобности рекомендуется солнцезащита (горизонтальная, вертикальная, комбинированная). Могут быть рекомендованы защитные экраны от ветра. К архитектурно-конструктивным средствам относятся ограждающие конструкции, обеспечивающие теплоизоляцию и теплоустойчивость помещений.
в) Инженерно-технические средства
В связи с погодой местности следует указать, какое нужно отопление (например, активное, регулярное), характер вентиляции (например, приточно-вытяжная), необходимость в увлажнителях воздуха или поглотителях влаги, необходимость в кондиционировании воздуха в тех случаях, когда не обойтись без искусственного климата и т.д.
Применение архитектурно-технических средств, в зависимости от типа погоды и режима эксплуатации помещений приводятся в Приложении 3.1.
Приложения
Приложение 3.1
Архитектурно-технические средства регулирования микроклимата
в зданиях и наружной среде
| I. Планировка и организация придомовой территории | ||||||||||
| Средство, приём | Климатические факторы, условия | Эффективность средства* | ||||||||
| Застройка различной плотности: до 20% 20-30% более 30% | Погода холодная, суровая, прохладная, скорость ветра более 4 м/с, температура менее 15°С | Снижение скорости ветра на: 20% 20-50% более 50% | ||||||||
| Замкнутая застройка по сравнению со свободной | То же | 60–70% | ||||||||
| Полузамкнутая по сравнению со свободной | То же | 50% | ||||||||
| Строчная застройка торцами к северному ветру по сравнению с широтными домами | То же | Улучшение микроклимата квартир, снижение теплопотерь зданиями на 25-30%; ухудшение микроклимата между зданиями – чрезмерное продувание территории | ||||||||
| Сплошная ветро-снегозащитная преграда (отдельно стоящее здание, специальная защитная стенка, снежный забор) | Погода холодная, суровая, сильные снегозаносы | Снижение скорости ветра до 100%, снегосборность – 90-95% от переноса на открытой территории | ||||||||
| Замкнутый двор | То же | Снижение скорости ветра на 50-60%, концентрации пыли на 60-85%, температуры воздуха (в условиях пустыни) на 2-4°С | ||||||||
| Снижение уровня загрязнения | ||||||||||
| воздуха, % | шума, Дба | |||||||||
| Однорядная посадка деревьев с живой изгородью из кустарников шириной 10 м | Средняя полоса России | 5-7 | 4-5 | |||||||
| Двухрядная посадка деревьев с живой изгородью из кустарников шириной 20-30 м | То же | 7-15 | 8-10 | |||||||
| Трех-четырёхрядная посадка деревьев с живой изгородью из кустарников шириной 25-30 м | То же | 10-15 | 8-10 | |||||||
| Бульвар шириной 70 м (рядовая и групповая посадка деревьев и кустарников) | то же | 10-15 | 6-10 | |||||||
| Многорядная посадка или зеленый массив шириной 100 м | То же | 25-30 | 10-16 | |||||||
| Озеленение внешнего пространства | Снижение температуры воздуха, °С | Повышение относительной влажности, % | Снижение скорости ветра, % | Снижение солнечной радиации, % | ||||||
| Массив зеленых насаждений полнотой 0.8-1.0 | Погода теплая, жаркая, лето в средней и южной полосе России | 3.5-5.5 | 10-20 | 50-70 | 95-100 | |||||
| Группа деревьев | То же | 1.0-1.5 | 4-6 | 20-40 | 94-96 | |||||
| Рядовая посадка деревьев | То же | 1.0-1.5 | 4-7 | 30-50 | ||||||
| Газон, цветник | То же | 0.5 | 1-4 | – | – | |||||
| Фонтан | То же | 1.5-3.5 | 5-10 | – | – | |||||
| Кондиционерная установка, сплошная завеса воды высотой 2.5 м | То же | – | – | |||||||
| Пергола, увитая вьющимися растениями | То же | 1.0-1.5 | – | 20-30 | ||||||
| Парки площадью более 1 га | То же | Зона комфортной среды занимает 70% площади парка, в жаркие дни температура снижается на 4-6°С | ||||||||
| Небольшой зеленый массив | То же | Зона комфортной среды занимает менее 30%, или вовсе отсутствует | ||||||||
| Озеленение и перенос снега | Снегосборность, м3 на 1 пог. м полосы | |||||||||
| Непродуваемая лесная полоса шириной более 20-25 м | Снегоперенос до 600 м3/пог.м. Сибирь, Север | до 600 | ||||||||
| Ажурная полоса шириной более 12-15 м | То же | до 350 | ||||||||
| Продуваемая лесная полоса шириной не более 7-10 м | То же | 100-150 | ||||||||
| Система из двух продуваемых лесных полос шириной 12 и 15 м и межполосным разрывом 30-40 м | То же | до 250 | ||||||||
| Система из трех продуваемых лесных полос шириной 12, 12 и 15 м и межполосными разрывами 30-40 м | То же | до 400 | ||||||||
| Системы озелененных лесных полос | Снегоперенос более 600 м3/пог.м, отдельные районы Крайнего Севера, тундра | Малоэффективны. Требуется активная снегозащита | ||||||||
| Удаление зданий от транспортных магистралей на 20 м и устройство защитной зеленой полосы шириной 5-20 м с деревьями в 2-3 ряда и кустарниками | Примагистральные территории | Снижение загазованности непосредственно у фасадов жилых зданий в 2-3 раза | ||||||||
| Расположение зданий на участках вне геопатогенных излучений (пересечение подземных потоков, разломов земной коры) | Средняя климатическая полоса, жилые кварталы, в т.ч. Петербург и Гатчина | Снижение онкологических заболеваний населения в 3 раза по сравнению со зданиями, расположенными в опасных геопатогенных зонах | ||||||||
| II. Объемно-планировочные решения зданий | ||||||||||
| Увеличение ширины корпуса здания с 12 до 16 м | Погода холодная | Снижение удельных расходов тепла на 8-9% | ||||||||
| Увеличение этажности с 5 до 12 этажей | То же | То же на 4% | ||||||||
| Снижение высоты этажа на каждые 20 см | То же | То же на 3-4% | ||||||||
| Устройство лоджий, пристроенных к теплому объему дома, вместо лоджий, входящих в объем здания | То же | 4-6% | ||||||||
| Устройство теплого чердака | То же | Снижает приведенные затраты и улучшает условия теплового комфорта в верхних этажах | ||||||||
| Проветривание (в любом климате) | Движение воздуха в помещениях в несколько раз интенсивнее, чем в квартирах с боковым и угловым проветриванием: | |||||||||
| Планировка квартиры со сквозным проветриванием (окна на две противоположные стороны) | В любом климате | – воздухообмен – 2-3 объема в минуту; – скорость движения воздуха от 0.15-0.30 м/с при закрытых окнах, до 0.5 м/с при открытых и до 2 м/с при раздвижных стенах. Снижается концентрация СО2 в воздух, микроорганизмов и пыли в 3-5 раз. Стоимость 1 м2 | ||||||||
| квартиры на 1-2% против домов с квартирами, выходящими на одну сторону | ||||||||||
| Сквозное проветривание квартиры при закрытых окнах | Зима и переходные сезоны, погода холодная, прохладная | Скорость движения воздуха 0.2-0.3 м/с(0.5-0.6 при ветре или большом перепаде наружной и внутренней температуры воздуха), благоприятная пульсация потоков | ||||||||
| То же при открытых окнах | Лето, погода комфортная | Энергичный воздухообмен (до 2-3 объемов в минуту), снижение в 3-5 раз концентрации двуокиси углерода, микроорганизмов и пыли | ||||||||
| Ночное проветривание помещений при закрытом режиме их эксплуатации днем | Погоды сухие, жаркие, суточная амплитуда температуры 10-12°С и более | Снижение температуры в помещениях в часы перегрева на 2-4°С (в панельных домах не более 3°С) | ||||||||
| Нежелательное в данных условиях круглосуточное и дневное проветривание | То же | Повышение температуры в помещениях днём на 3-4°С по сравнению с режимом ночного проветривания | ||||||||
| Сквозное проветривание помещений при наличии солнцезащитных устройств на окнах | Погода теплая, средняя температура воздуха до 29°С | Снижение температуры воздуха днем на 2-3°С | ||||||||
| Круглосуточное сквозное проветривание помещений | Погода очень теплая, жаркая, влажная | Благоприятное увеличение скорости движения воздуха в помещении в 3-4 раза (максимум 2.5 м/с) по сравнению с односторонними помещениями | ||||||||
| Увеличение ширины окон от размера в одну треть стены до полного ее размера в ширину | То же | Увеличение скорости движения воздуха с 20 до 65% по отношению к наружной скорости, принимаемой за 100% | ||||||||
| Ветрозащитная или шумозащитная планировка зданий с преимущественным размещением комнат по одному из фасадов, защищенному от ветра и шума | Скорость ветра более 4 м/с при температурах менее 0°С, шум от магистрали более | Выравнивание температуры в помещениях, выходящих на разные фасады (зимой увеличение температуры в защищаемых комнатах на 5-6°С. Снижение шума в защищенных помещениях на 10-20 дБА. Увеличение стоимости 1 м2 общей площади на 4-6% | ||||||||
| Отказ от обращения незащищенных от солнца окон: | Погода теплая, жаркая | Благоприятное снижение температуры воздуха в помещении в дневные часы в среднем: | ||||||||
| – на юг | на 0.5-1.0°С | |||||||||
| – на запад и восток | на 3-3.5°С | |||||||||
| – обращение их на север | – | |||||||||
| Отказ от обращения защищенных от солнца окон на юг, запад и восток и обращение их на север | То же | Снижение средней максимальной температуры воздуха в комнатах не более 1.5°С | ||||||||
| III. Конструктивные решения зданий | ||||||||||
| Обращение оконного проема на заветренную сторону горизонта, вместо наветренной | Холодная погода с сильным ветром | Снижение теплопотерь через окно почти в 20 раз | ||||||||
| Применение оконного заполнения оптимальной конструкции (тройное остекление или стеклопакет, уплотненные притворы, изолированные форточки) против традиционной с двойным остеклением и инфильтрацией воздуха через щели в притворах | Холодная или суровая погода | Снижение: – перепада температуры «воздух–поверхность окна» на 5°С; – воздухопроницаемости окна в 1.2–1.3 раза; – расходов на отопление на 6-8% | ||||||||
| Применение двойных раздельных переплетов окон вместо спаренных без стеклопакетов | То же | Снижение удельных расходов тепла на 10-12% | ||||||||
| Применение теплозащитного стекла, покрытого пленкой двуокиси олова | То же | Снижение удельных расходов тепла на 7-10-%, также повышается тепловой комфорт в помещении, т.к. на 4°С возрастает температура на поверхности остекления | ||||||||
| Устройство теплого чердака | Погода холодная | Улучшение микроклимата и работы вентиляции в верхних этажах, снижение приведенных затрат | ||||||||
| То же | Погода суровая | Улучшение микроклимата и работы вентиляции (исключение – обмерзание оголовков вытяжных шахт), снижение расхода тепла на 1 м2 площади на 3.5-4% | ||||||||
| Экранирование крыши с обеспечением вентиляции подэкранного пространства | Погода жаркая, жаркая сухая, теплая | Снижение температуры воздуха помещений верхнего этажа на 2-3°С днем и 6-8°С ночью | ||||||||
| То же без вентиляции | То же | Снижение температуры воздуха помещений верхнего этажа на 1°С, температуры потолка на 1.5-2°С | ||||||||
| Светопоглощающее стекло вместо одинарного обычного | То же | Снижение теплопоступлений в помещение на 25% | ||||||||
| То же, в дополнение к одинарному в виде второго слоя | То же | Снижение теплопоступлений в помещение на 45% | ||||||||
| Придание наклона остеклению (обращение плоскости стекла к земле) | То же | Снижение проникающей солнечной радиации на 50% при наклоне 20° к вертикали, на 80% при наклоне 30° | ||||||||
| Окна разного типа | Условия независимые от климата | Эффективность шумозащитных средств, дБА | ||||||||
| Окна открыты | ||||||||||
| Закрытые спаренные | 24-28 | |||||||||
| То же раздельные | 25-30 | |||||||||
| Тройное остекление | 32-33 | |||||||||
| Окна с вентиляционными устройствами в виде: | То же | |||||||||
| – форточки | 24-26 | |||||||||
| – клапанов | 22-35 | |||||||||
| Регулируемые жалюзи на окнах при режиме ночного проветривания и закрытого режима днём | Погода жаркая сухая | Снижение температуры в помещении днем на 3°С, а солнечного излучения на 65-80% (до 100% при глухих ставнях). Удорожание 1 м2 общей площади достигает 3.3% | ||||||||
| То же при смачивании пола (земляного, каменного, керамического) в дневное время | То же | Снижение температуры в помещении днем на 3-4°С | ||||||||
| Затенение окон козырьками и балконами при ориентации: | Погода теплая, жаркая, жаркая сухая | Снижение температуры в помещении днем на: | ||||||||
| – на юг | 1-3°С | |||||||||
| – на юго-запад и юго-восток | 1-2°С | |||||||||
| Регулируемые солнцезащитные устройства на окнах: | То же | Коэффициенты теплопропускания: | ||||||||
| – наружные | 0.1-0.2 | |||||||||
| – межстекольные | 0.25-0.4 | |||||||||
| – внутренние | 0.4-0.8 | |||||||||
| Солнцезащитные устройства: | То же | Снижение среднесуточной и максимальной температуры в помещении на: | ||||||||
| – наружные ставни, жалюзи | 1.0-3.5°С | |||||||||
| – козырьки при ориентации окон на юг или полотняные маркизы | 0.5-1.0°С | |||||||||
| – шторы, смачиваемые водой в часы перегрева | 1.0-1.6°С | |||||||||
| – побелка стекол | 0.5-1.5°С | |||||||||
| Солнцезащита в соединении с ночным проветриванием и смачиванием пола в дневное время | Теплая, жаркая | 3-4°С | ||||||||
| Остекление летнего помещения (лоджии), расположенного перед комнатой | То же | Снижает естественную освещенность комнаты на 30-50%, шум на 12 дБА в летнем помещении и 11-12 дБА в комнате. Повышает температуру воздуха на 4-5°С при западной ориентации и на 1°С при южной. Интенсивность использования весной и осенью повышается в 2 раза, зимой – в 1.5 раза, летом снижается на 2-3 часа в день. Снижает концентрацию пыли по сравнению с наружной средой на лоджии – на 60%, в комнате – на 20% по сравнению с комнатой за открытой лоджией | ||||||||
| В летних помещениях (лоджиях), открытых с фасадной стороны | Устойчивая комфортная погода | Максимальная температура воздуха на 2°С ниже, а минимальная на 2°С выше по сравнению с наружной температурой воздуха | ||||||||
| То же | Теплая и жаркая сухая погода | Указанные выше различия увеличиваются до 2.5-3.0°С | ||||||||
| Остекление лоджий, выходящих: | То же | |||||||||
| – на запад | Усиливает перегрев на 4-5°С | |||||||||
| – на юг | Усиливает перегрев на 1°С. Снижает естественную освещенность комнат на 30% | |||||||||
| Солнцезащитные жалюзи на лоджиях | То же | Снижают теплопоступления на лоджиях в 5-6 раз, а температуру воздуха – на 4°С | ||||||||
| Лавсановые пленки на лоджиях | То же | Снижают температуру воздуха на 0.5-2.0°С | ||||||||
| Вертикальное озеленение проемов лоджии | То же | Снижает интенсивность солнечной радиации в 15 раз, температуру воздуха на 2.0-2.5°С, а стен – на 9-10°С | ||||||||
| Бетонные стационарные решетки в проемах лоджий | То же | Повышают температуру воздуха на 5-7°С | ||||||||
| IV. Инженерное оборудование | ||||||||||
| Капитальное жилое здание без каких-либо климаторегулирующих средств | Комфортная погода. Температура наружного воздуха не ниже12°С и не выше 22°С | Сохранение теплового комфорта | ||||||||
| То же с отопительными приборами малой мощности (камины, электрорефлекторы и др.) | Прохладная погода. Температура наружного воздуха не ниже 4°С | То же | ||||||||
| То же с отопительными приборами большой мощности (печи, центральное отопление) | Холодная погода. Температура наружного воздуха не ниже -12°С независимо от скорости ветра и до -36°С при скорости ветра до 2 м/с | Сохранение условий, близких к комфортным | ||||||||
| То же с искусственной приточной вентиляцией с подогревом и увлажнением воздуха и отопительными приборами большой мощности | Суровая погода. Температура наружного воздуха ниже -36°С | То же. Увеличение стоимости 1 м2 общей площади (за счет вентиляции) на 2-2.5% | ||||||||
| Двойной входной тамбур (вместо одинарного) с одним отапливаемым отсеком и обогрев пола квартир первого этажа | То же | Приближает условия к комфортным: снижает перепад между температурой воздуха и температурой пола (важный гигиенический показатель) на 7-9°С. Удорожает 1 м2 общей площади незначительно – на 0.04% | ||||||||
| Искусственное охлаждение помещений (полное кондиционирование) | Погода жаркая, жаркая сухая, теплая | Снижение температуры воздуха в необходимых пределах. Увеличение стоимости 1 м2 общей площади на 1.5-6% | ||||||||
| Испарительное кондиционирование воздуха без снижения его влажности | Погода жаркая сухая. Температура наружного воздуха более 32°С, относительная влажность 30% и менее | Сохранение тепло-влажностного комфорта. Дешевле полного кондиционирования в 1.5-2.0 раза | ||||||||
| Улучшение воздухообмена в помещениях средствами активизации вентиляции с уровня 0.1 до уровня 0.8 объема воздуха помещения в час | Климатические условия Европы, Средней России | Снижение количества случаев заболевания раком легких с 230 до 30 случаев на 1 млн. чел. При устройстве систем рекуперации тепла в теплообменниках снижение тплозатрат на 70%и более | ||||||||
| Замена системы естественной вытяжной вентиляции на механическую. | То же | Повышение стоимости систем в 2-4 раза, снижение расхода энергии в 2 раза; срок окупаемости – 2 года | ||||||||
Приложение 3.2
Приложение 3.3
Параметры климатического районирования территории
| Климати- ческие районы | Климати- ческие подрайоны | Среднемесячная температура воздуха в январе, °С | Средняя скорость ветра за три зимних месяца, м/с | Среднемесячная температура воздуха в июле, °С | Среднемесячная относительная влажность воздуха в июле, % |
| I | IA | От -32 и ниже | - | От +4 до +19 | - |
| IБ | От -28 и ниже | 5 и более | От 0 до +13 | Более 75 | |
| IB | От -14 до -28 | - | От +12 до +21 | - | |
| IГ | От -14 до -28 | 5 и более | От 0 до +14 | Более 75 | |
| IД | От -14 до -32 | - | От +10 до +20 | - | |
| II | IIА | От -4 до -14 | 5 и более | От +8 до +12 | Более 75 |
| IIБ | От -3 до -5 | 5 и более | От +12 до +21 | Более 75 | |
| IIВ | От -4 до -14 | - | От +12 до +21 | - | |
| IIГ | От -5 до -14 | 5 и более | От+12 до +21 | Более 75 | |
| III | IIIA | От -14 до -20 | - | От +21 до +25 | - |
| IIIБ | От -5 до +2 | - | От +21 до +25 | - | |
| IIIB | От -5 до -14 | - | От +21 до +25 | - | |
| IV | IVA | От -10 до +2 | - | От +28 и выше | - |
| IVБ | От +2 до +6 | - | От +22 до +28 | 50 и более в 15 ч | |
| IVB | От 0 до +2 | - | От +25 до +28 | - | |
| IVГ | От -15 до 0 | - | От +25 до +28 | - | |
| Примечание - Климатический подрайон IД характеризуется продолжительностью холодного периода года (со средней суточной температурой воздуха ниже 0 °С) 190 дней в году и более. |
ЛИТЕРАТУРА
1. Архитектурная физика: Учеб. для вузов, Спец. А-87 «Архитектура» / Под ред. Н.В.Оболенского. – М.: Стройиздат, 1997. – 448 с.: ил.
2. Город, архитектура, человек и климат / Мягков М.С., Губернский Ю.Д., Конова Л.И., Лицкевич В.К. Под ред. к.т.н. М.С.Мягкова, – М.: «Архитектура-С», 2007. – 344 с.;ил.
3. Лицкевич В.К. Жилище и климат. – М.: Стройиздат, 1984. – 288 с.; ил.
4. СНиП, 23-01-99* Строительная климатология. М. 2000.
5. СНиП 2.01.01.-82. Строительная климатология и геофизика. М. 1983.
6. Руководство по строительной климатологии (пособие по проектированию). – М.: Стройиздат, 1977.
7. Лицкевич В.К., Конова Л.И. Учебно-методические указания к курсовой расчетно-графической работе. – М.: МАРХИ 2011.
8. Рекомендации по методике строительно-климатической паспортизации городов для жилищного строительства. ЦНИИЭП жилища, 1980.
9. Аронин Д. Климат и архитектура М., Госстройиздат, 1959.
* Примечание: недопустимо арифметическое суммирование данных об эффективности средств для получения общего эффекта