X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

В данной статье рассмотрены проблемы связанные с аэрацией городских территорий. Автор рассказывает про взаимосвязь аэрационного режима с объектами городской среды. Для оценки аэрации населенных мест выявлена и обоснована необходимость использования карт аэрационного режима. По результатам исследований предполагается построить карты аэрационного режима отдельных микрорайонов и, в дальнейшем, групп зданий, находящихся на неблагоприятных (с пониженными скоростями ветра) участках застройки.

Быстрый рост численности населения городов в наше время ставит перед архитекторами, проектировщиками и строителями ряд задач по увеличению площади застройки. Повышение эффективности использования городского пространства ведет за собой развитие высотных зданий и комплексов и увеличение плотности застройки. В связи с этим, при оценке проектных решений проектов планировки территории и проектов строительства застройки микрорайонов и кварталов, помимо вопросов, связанных с инсоляцией, необходимо учитывать распределение, скорость, направление ветровых потоков на территории застройки, что, в свою очередь, напрямую связано с пешеходной биоклиматической комфортностью и проблемой образования зон с низкими скоростями ветра, содержащих в воздухе повышенные концентрации вредных веществ в виде газов и химически активной пыли.

Рис. 1.1. Плотная городская застройка

На примере, показана застройка г. Шеньджень, Китай, и российским городам еще очень далеко до нее, но она ярко иллюстрирует, что ждет наши города в будущем, если уже сейчас не начать регулировать плотность застройки еще на этапе градостроительного проекта.

Учет аэрационного режима в жилой застройке необходим для регулирования температурно-влажностного режима, загазованности и запыленности воздуха, обоснования плотности жилого фонда, эффективности использования территории города и др. Для определения взаимосвязи аэрационного режима с объектами городской среды, физико-техническими факторами, формирующими климат на всех уровнях, необходимо представить схему их взаимодействия как основу качества жизненного пространства человека. Границами аэрационного режима при развитии городского жилья определен микроклимат урбанизированных городских территорий со сложившейся жилой застройкой по предложенной схеме уровней микроклимата

Рис. 1.3. Уровни микроклимата при исследовании качества среды

В табл. 1.1 приведена традиционная шкала Бофорта, используемая в судовой навигации в модифицированной версии, применимой к районам суши, для высоты на уровне пешеходов. Эта таблица дает представление о механическом воздействии ветра при разных его скоростях на организм человека. Физиологические эффекты являются более сложными, так как они зависят от дополнительных факторов и их взаимодействий.

Эмпирическое правило для оценки комфортности было выведено также учеными А.Ф. Вайсом (1970 ) и А.Д. Пендварденом (1973), оно основывается на следующих базовых значениях скорости ветра: – V  5 м/с — пороговое значение комфортной скорости; – V 10 м/с — безусловно некомфортное значение скорости; – V  20 м/с — опасная для человека скорость ветра. Соответственно приемлемым условием для пребывания человека является скорость ветра, не превышающая значение 5 м/с на протяжении более чем 80 % времени в году. Данным критерием в настоящее время широко пользуются японские специалисты.

При проектировании комплексов городской застройки необходимо выполнять проверку ветрового режима в пешеходных зонах для обеспечения комфортности пребывания людей в этих зонах при действии ветра. При выборе объемно-планировочных решений комплексов и проектировании комплексного благоустройства их участков необходимо обеспечивать

снижение ветровых потоков, возникающих у первых этажей не только самых высоких секций, но и на всей территории строительства и прилегающей застройки, а также создать рациональные условия аэрации этих территорий. При точечном размещении в районах сложившейся застройки не должно допускаться увеличение повторяемости застоев воздуха, увеличивающих концентрации загрязняющих веществ до значений, превышающих установленные санитарно-гигиенические нормативы.

Как пример можно привести хорошо известный проект города нового поколения Маздар в ОАЭ в 15 км от столицы страны Абу-Даби и недалеко от ее международного аэропорта находится на стадии реализации. Предполагается, что численность постоянного населения в городе общей площадью 600 га составит 50 тыс. человек и еще 40 тыс. будут приезжать на работу и учебу. Основной целью проектировщиков было создание безотходного города с нулевым выбросом СО2 (рис. 15, 16). Характерными особенностями Маздара стали прямоугольная геометрия плана с плотной невысокой застройкой и полное отсутствие автомобильного транспорта. С самого начала город задумывался как автономная единица, которая может сама себя обеспечить электроэнергией, получаемой от солнечных тепловых электростанций и фотогальванических установок (установка солнечных батарей планируется на крышах зданий), а также от размещенных по периметру ветрогенераторов и водородной электростанции. Геотермальная энергия тоже рассматривается. Надо отметить, что планировка города с учетом особенностей ветровых режимов и положения солнца повлекла за собой использование целого ряда архитектурных приемов, таких, как выступающие балюстрады, пологи и специальные конструкции, защищающие от солнца. Кроме того, они позволяют экономить энергию на кондиционировании, так как уменьшают нагревание помещений и затеняют улицы.

Рис 1.4 Маздар Рис 1.5 Маздар

Рис 1.6 Маздар Рис 1.7 Маздар

Для описания процесса взаимодействия воздушного потока с застройкой в архитектурно-строительной аэродинамике разработаны методы расчета и оценки расчетно-экспериментальных исследований . Состояние среды в жилой застройке оценивается по средним относительным скоростям ветра в ней. При уточнении параметров горизонтальной плотности застройки (σГ) возможно определение границ оценки застройки. При этом под горизонтальной плотностью понимается отношение площади застройки зданий к площади аэродинамического влияния застройки – формула:

σГ = Σ Sзастр./ Sуч

где Σ Sзастр — площадь всех зданий в уровне земли; Sуч — площадь участка застройки.

Модель воздушного пространства поселений взята за теоретическую основу и представляет собой двухъярусную структуру. Эта разработка была усовершенствована трехступенчатой градацией шероховатости подстилающей поверхности (макро-, мезо-, микроуровнем), для которых, в свою очередь, в нижнем приземном ярусе воздушных масс соответствуют уровни городской среды и ее аэрационного режима. Скорость и направление движения воздушных масс выше границы нижнего (приземного) яруса определяется географическими факторами. Городское воздушное пространство делится на так называемые условные слои – верхние (до 1000 м) и нижние (до 200 м). Зона открытого движения воздуха представлена верхними слоями. Макро-, мезо- и микроуровень составляют нижние слои пространства. До высоты 200 м от поверхности земли на макроуровень оказывает влияние высотная и многоэтажная застройка (например, башенного типа). При рассмотрении мезоуровеня (до 25 м) влияние оказывает вся остальная застройка (т.е. много- этажная, среднеэтажная).

Рис. 1.7. Схема воздушных пространств поселений (по Ф.Л. Серебровскому)

Для оценки аэрации населенных мест исходные данные принимаются по картам аэрации и ветрового режима территории, составленным на основе расчетно - экспериментальных исследований. Взаимовлияние зданий в застройке при обтекании воздушным потоком оценивается с учетом наиболее повторяющихся аэродинамических эффектов в застройке. Ветер может восприниматься по-разному в различных природно-климатических зонах и в разное время года. Он усиливает неблагоприятность погоды в городах, для которых характерны низкие зимние температуры, а в условиях жаркого лета ветер улучшает микроклимат территорий. Проветривание городских улиц, магистралей и дорог, очищение воздушного бассейна города от транспортных и промышленных загрязнений в совокупности являются важнейшей функцией ветра современного города. При прохождении ветра по жилой застройке города его скорость изменяется. Ближе к центральной части микрорайонов скорость уменьшается приблизительно на 25…30 %. Это происходит за счет того, что на пути движения ветра встречаются препятствия в виде зданий различной этажности. Сложные вихревые потоки начинают образовываться между ними, и поэтому скорость ветра постепенно.

Этапами учета природно-климатических условий при планировке новой и реконструкции существующей застройки являются: выявление комплекса природно-климатических и градостроительных факторов и установление их взаимосвязи применительно к конкретной

Рис 1.8 Карта ветровых районов России

стадии строительного проектирования и градостроительной ситуации; проведение оценки по комплексу выявленных природных факторов; разработка системы требований по защите городской среды от неблагоприятного воздействия природных условий; разработка предложений по рациональному использованию природных ресурсов, а именно энергии ветра и солнца; разработка градостроительных и архитектурно-строительных решений, обеспечивающих практическую реализацию выявленных требований. Создаются карты аэрационного режима.

Карта аэрационного режима представляет собой совокупность участков, на которых определяется скорость и повторяемость ветра для рассматриваемого направления. После по­ строения карты производится физиолого-гигиеническая оценка аэрационного режима. В со­ответствии с принципами комплексной климатологии климат рассматривается как совокуп­ность погод в их повторяемости по многолетним данным. Все погодные комплексы, вызы­вающие однотипные тепловые состояния, объединяются в один класс погод.

В настоящее время у нас в стране сложилась четкая система стадий и внестадийных работ по проектированию населенных мест. Расчеты аэрационного режима должны производиться не во всех случаях и не на каждой стадии градостроительного проектирования. Можно утверждать, что всюду, где проектировщику необходимо полно и всесторонне учитывать природно-климатические условия района строительства, следует прибегать к расчетным методам прогнозирования аэрационного режима проектируемого или реконструируемого населенного места.

Рассмотрим эти группы стадий с точки зрения необходимости учета в них аэрационного режима проектируемого населенного места. Для определения аэрационного режима жилой застройки г. Братска предлагаются следующие этапы:

Расчет аэрационного режима участка застройки и построение карты аэрационного режима участка.

Расчет аэрационного режима участка с учетом жилой застройки и построение карты аэрационного режима.

Расчет аэрационного режима жилых микрорайонов и построение карт аэрационного режима микрорайонов.

Расчет аэрационного режима группы зданий, находящихся в неблагоприятных аэрационных условиях и построение карт аэрационного режима исследуемых групп зданий.

Цель расчета и карт аэрационного режима заключается в отборе оптимальных вариантов застройки, которые могут быть положены в основу ПДП, проекта застройки или реконструкции населенных мест.

Карта аэрационного режима удобный инструмент для обоснованного выбора участка для жилищного строительства с учетом аэрационного режима территории. Этот выбор можно осуществлять двумя способами.

Первый заключается в следующем: после того, как построена карта аэрационного режима территории, производится визуальный ее анализ и, затем, сообразуясь с показанной на карте характеристикой аэрационного режима, выбирается подходящий для данных климатических условий участок.

Второй способ может применяться как самостоятельно, так и в дополнение к первому. Он состоит в том, что намечают несколько вариантов размещения участка, примерно равноценных по другим показателям (транспорт, гидрогеология, снос и т.д.), а затем эти варианты сравнивают путем расчета показателей, характеризующих аэрационный режим на этих площадках. При прочих равных условиях предпочтение следует отдавать площадкам, на которых прогнозируется более благоприятный аэрационный режим.

Аэрационный режим на территории жилой застройки подвержен наиболее сильным изменениям (меняются скорость и направление воздушного потока) под влиянием различного рода препятствий (застройка, элементы благоустройства, зелёные насаждения и другое).

В некоторых случаях приёмы архитектурно-планировочной организации застройки становятся причиной возникновения местных воздушных потоков.

Оценка ветрового режима территории жилой застройки проводится на основе установленных закономерностей его формирования под влиянием элементов городского ландшафта и его структуры в целом (соотношение озеленённых и застроенных территорий; ориентации улиц и магистралей; характер застройки; наличие рельефа, водоёмов и т. п.). Результатом оценки ветрового режима является карта аэрации всего города или его отдельных районов.

Рис1.9 Карта аэрационного режима.

Для того чтобы рассчитать аэрационный режим и построить карту аэрационного режима территории населенного места, необходимо иметь карту аэрационного режима местности. Эта карта является своего рода подосновой для построения новой карты - карты аэрационного режима территории населенного места.

Для г. Москвы были проведены исследования аэрационного режима соответствующие 1 и 2 этапам, т. е. были сделаны расчеты и построены карты аэрационного режима участка жилой застройки без учета застройки и, затем, с её учетом.

В результате, которых была выявлена закономерность распределения скоростей ветра от высоты зданий. При этом важную роль в уменьшении / увеличении скорости ветра играет чередование зданий различной этажности.

Для исследований предлагается провести оценку аэрационного режима жилой застройки в городе Ростове-на-Дону для определения зон повышенных и пониженных скоростей ветра на территории отельных микрорайонов и групп зданий, что соответствует 3 и 4 этапам расчёта.

По результатам исследований предполагается построить карты аэрационного режима отдельных микрорайонов и, в дальнейшем, групп зданий, находящихся на неблагоприятных (с пониженными скоростями ветра) участках застройки.

В результате исследования могут быть предложены мероприятия по реконструкции жилой застройки, даны градостроительные и административные рекомендации. При возведении новых жилых районов следует учитывать аэрационный режим и строить открытые дворики, но, так же, следует избегать полного продувания территории дворового пространства.

Прогноз микроклимата в городской застройке необходим не только для регулирования температурно-влажностного режима, загазованности и запыленности воздуха, обоснования плотности жилого фонда, повышения эффективности использования территории города и др., а также для многофакторной оценки ветроэнергетического потенциала городской застройки и территории.

Поэтому для принятия решения по объектам на локальном уровне необходимо среднегодовые скорости ветра анализировать совместно с другими факторами микроклимата. В связи с этим требуется определять взаимосвязь ветрового режима с объектами городской среды, физико-техническими факторами, формирующими климат на всех уровнях.

Таким образом, складывается типологическая взаимосвязь между факторами микроклимата, комплексно взаимодействующими с ветроэнергетическим потенциалом застройки и территории города, в которую необходимо добавлять конструктивные условия самой застройки и конструктивные ограничения малых ветроэнергетических установок, а также требования безопасности.

Подводя итог, следует отметить, что по обобщенной оценке прогноза микроклимата, например г. Ростове-на-Дону, первоочередные объекты исследования — это башенная и разноэтажная застройка, в которой наблюдается повышение ветроэнергетического потенциала. Наиболее часто это встречается при расстановке зданий, в которой низкое здание, встречающее поток воздуха, расположено перед следующим за ним высоким, так как это связано с увеличением турбулентности воздушного потока.

Рис. 1.10 Влияние формы и расположения зданий на ветровые потоки

Корректировка методов оценки ветроэнергетического потенциала согласно проанализированным материалам позволит не только оценить потенциал застройки и территории, но и детализировать эти данные для благоустройства и озеленения. Это даст возможность рассмотреть целесообразность размещения ветроэнергетических установок. Так может выполняться первичная привязка ветроэнергетических установок в застройке.

Список литературы

1.Серебровский Ф.Л. Аэрация населенных мест. М. : Стройиздат, 1985.

2. Руководство по оценке и регулированию ветрового режима жилой застройки. М. : ЦНИИП градостроительства, 1986.

3.. Прохорова Т.В. Особенности и перспективы развития ветроэнергетики в урбанизированной среде // Вестник Поволжья. 2013. № 2.

4.http://www.dissercat.com/content/formirovanie-teplo-vetrovogo-rezhima-zhiloi-zastroiki-gorodov-zharkogo-klimata

5. https://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=22204

6.http://rifsm.ru/u/f/js_12_04.

7.http://mgsu.ru/resources/izdatelskaya-deyatelnost/izdaniya/izdaniya-otkr-dostupa/2016/OBKGZ.

8.http://www.arhinovosti.ru/tag/masdar/

Код для цитирования: Скопировать