Регулирование микроклимата жилой застройки в условиях сложного рельефа и жаркого климата Диссертация

brief description:
Содержание
ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение...4

Глава I. ПРЕДПОСЫЛКИ К АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОМУ 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

(ф 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 строи-тельство...64

3

3.3. Микроклимат холмистого рельефа и его влияние на

*щ проектирование зданий и застройки...72

Выводы по третьей главе...76

Глава IV. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ И ЗАСТРОЙКИ В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО 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

*Ф 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

5.5. Методика совершенствование объемно-планировочного

решения жилища...127

5.4. Экономическое обоснование проектирования жилой застройки на сложном рельефе...133

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ...138

ЛИТЕРАТУРА...140

ПРИЛОЖЕНИЕ...151

ВЕДЕНИЕ

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.ГТ.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-л 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.МЛЪмсон. 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.]. Ф 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.Н., 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 проекти- рования 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 англий-ского 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. Рекомен- дации 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-климати-ческих 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 воз-душным 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 щ 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.

10

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.