Стр.
Введение
Важнейшая характеристика городской среды – микроклимат города, состояние которого определяется в значительной мере антропогенным воздействием на окружающую среду и прежде всего ее загрязнением. Оно оказывает влияние на освещенность, количество поступающей от Солнца ультрафиолетовой радиации, влажность, частоту образования тумана.
Один из важных компонентов микроклимата, оказывающих заметное влияние на организм человека - температурный режим воздуха. Средняя годовая температура в городе на несколько градусов выше, чем за его пределами. В целом тепловая энергия, выделенная крупным городом, весьма значительна и достигает 5% солнечной энергии, поступающей на территорию города.
В городах снижается величина ультрафиолетовой радиации (что отрицательно влияет на людей – повышенная усталость, раздражительность, ухудшенный обмен веществ и т.д.). Повышается бактериальная загрязненность воздуха. Понижается относительная влажность.
В городах больше безветренных дней, ниже атмосферное давление и скорость ветра, что ведет к застойным явлениям, сильному загрязнению воздушного бассейна и повышенной заболеваемости населения болезнями органов дыхания.
Неорганизованно размещенные автостоянки в ценре городов создают дополнительный эффект шума и загрязнения. Значительно и размещение промышленных предприятий в пределах городов и их неправильное местоположение по отношению к господствующим ветрам. Особенно страдают города, расположенные в плохо проветриваемых ущельях, с часто повторяемыми низкими температурными инверсиями.
Автотранспорт является основным источником загрязнения воздуха. Растущий уровень автомобилизации, увеличивающаяся мобильность населения все более расширяют зоны доступности человеком природных ландшафтов, но, с другой стороны, эти процессы способствуют строительству автомобильных дорог и более равномерному распределению рекреационных нагрузок на природную среду.
- Микроклимат городской среды
Город создает свой местный климат, а на отдельных его улицах и площадях создаются микроклиматические условия, определяемые городской застройкой, покрытием улиц, распределением зеленых насаждений, водоемов.
На формирование городского климата оказывают влияние:
Прямые выбросы тепла и изменения режима солнечной радиации;
Пылегазовые выбросы промышленных предприятий и транспорта;
Изменения теплового баланса за счет уменьшения испарения, малой проницаемости подстилающей поверхности, способствующей быстрому стоку воды и значительной теплопроводности покрытий (крыш, стен зданий, мостовых и т. д.);
Пересеченность местности, создаваемая городской застройкой, большая доля вертикальных поверхностей, что приводит к взаимному затенению домов и образованию котловинных условий на фоне равнинного рельефа. Нередко сами города располагаются в естественных котловинах.
Таблица 1.
Различия климата в крупных городах и прилегающей сельской местности в средних широтах
| Метеорологические факторы | В городе, по сравнению с сельской местностью |
| Радиация общая | на 15-20% ниже |
| Ультрафиолетовое излучение зимой | на 30% ниже |
| Ультрафиолетовое излучение летом | на 5% ниже |
| Продолжительность солнечного сияния | на 5-15% ниже |
| Температура среднегодовая | на 0,5-1,0° С выше |
| средняя зимняя | на 1-2° С выше |
| Продолжительность отопительного сезона | на 10% меньше |
| Примеси | |
| - ядра конденсации и частицы | в 5-25 раз больше |
| - газовые примеси | на 20-30% ниже |
| Скорость ветра среднегодовая | на 10-20% ниже |
| штормовая | на 5-20% чаще |
| штили | на 5-10% больше |
| Осадки суммарные | на 5% меньше |
| в виде снега | на 10% больше |
| Количество облаков | на 5-10% больше |
| Повторяемость туманов зимой | на 100% больше |
| летом | на 30% больше |
| Относительная влажность зимой | на 2% меньше |
| летом | на 8% меньше |
| иногда | на 11-20% меньше |
| Грозы (частота) | в 1,5-2 раза меньше |
Солнечная радиация в условиях больших промышленных городов оказывается пониженной вследствие уменьшения прозрачности из-за дыма и пыли. За счет увеличения мутности атмосферы в среднем может теряться до 20 % солнечной радиации, особенно сильно ослабляется приход ультрафиолетовой радиации. Одновременно в городе к рассеянной радиации добавляется отраженная стенами и мостовыми.
Изменение радиационного баланса, дополнительное поступление тепла в атмосферу за счет сжигания топлива и малый расход тепла на испарение приводят к более высоким температурам внутри города по сравнению с окрестностями.
Над городом существует "остров тепла". Интенсивность и размеры острова тепла изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологических условий и местных особенностей города. Наиболее характерные закономерности изменения температуры воздуха при переходе от сельской местности к центральной части города показаны на рис.1. На границе город ─ сельская местность возникает значительный горизонтальный градиент температур, который может достигать 4° С/км.
Рис. 1. Обобщенное сечение характерного «острова тепла» над городом
Большая часть города представляет собой "плато" теплого воздуха с небольшим повышением температуры по направлению к центру города. Термическая однородность этого плато нарушается влиянием парков и озер (области холода) и плотной застройкой промышленных и административных зданий (области тепла). В центральной части больших городов располагается "пик
По данным различных авторов, тепловое влияние городов четко проявляется в пределах 100─500-метрового слоя. Одновременно с этим в климате города обнаруживается много общих признаков иногда и до высоты 1 км. Большая шероховатость подстилающей поверхности и остров тепла обусловливают особенности ветрового режима в условиях города. При слабых ветрах (1-3 м/с) может возникнуть городская циркуляция. У поверхности земли течения направлены к центру, где располагается остров тепла, а наверху наблюдается отток воздуха к окраинам города.
В городе различия в нагреве освещенных и затененных частей улиц и дворов определяют местную циркуляцию воздуха. Восходящие движения формируются над поверхностью освещенных стен, а нисходящие - над затененными стенами. Наличие в городах водоемов способствует развитию дневной местной циркуляции от водоема к городским участкам, а ночью наоборот.
Рис.
2. Городская циркуляция, развивающаяся
при слабых ветрах
Ветровой режим крупных городов характеризуется снижением скорости ветра в городе по сравнению с пригородом. В некоторых случаях в городе возможно усиление скорости ветра: при направлениях ветра, совпадающих с направлением улицы, ограниченной многоэтажными зданиями. Зеленые насаждения снижают скорость ветра и способствуют осаждению примесей.
Влажность воздуха в крупных городах ниже, чем в окрестностях, что связано с повышением температуры и общим понижением влаги в атмосфере над городом вследствие уменьшения испарения. Различия в абсолютной влажности могут достигать 2,0-2,5 гПа и относительной влажности 11 ─ 20 %.
Контрасты влажности города ─ окрестностей в годовом ходе имеют максимальные значения в летний период, а в суточном ходе ─ в вечерние часы. Ранним вечером воздух в сельской местности охлаждается быстрее, и стратификация делается более устойчивой по сравнению с условиями в городской застройке. В нижних слоях воздуха происходит увеличение влаги, поскольку испарение у земли превосходит отток влаги в верхние слои из-за ослабленного турбулентного обмена. В течение последующей ночи выпадающая роса уменьшает влажность у поверхности земли. В городах, наоборот, сочетания слабого образования росы, наличия антропогенных источников водяного пара и областей застойного воздуха обеспечивают большую влажность в городских застройках. Днем развитая термическая неустойчивость обеспечивает обмен влагой между нижними и верхними слоями воздуха, и различие между городом и его окрестностями сглаживается.
В широтных зонах, где зимой поверхность земли покрывается снегом или замерзает, воздух в большом городе может быть более влажным и днем, за счет антропогенных источников, обеспечивающих значительное поступление водяного пара в атмосферу. При рассмотрении влияния города на осадки необходимо раздельно рассматривать твердые и жидкие осадки, поскольку влияние города на каждый из названных видов будет различным. В зимний период года различия в суммах осадков обычно незначительны. В летнее время наибольшие суммы осадков выпадают над городом, но не в центральной его части, а на окраинах. Если влажность воздуха достаточно высокая, то повышенная конвективная неустойчивость и загрязненность воздуха над городом способствуют образованию облачности.
Имеющиеся различия в температурно-влажностном режиме города ─ пригорода проявляются и в распределении атмосферных явлений. Туманов в городе в связи с повышением температуры и понижением относительной влажности может быть меньше, чем за городом.
2.Мероприятия по улучшению городского климата
С учетом реально сформировавшихся климатических условий города и условий природно- климатической зоны проводят мероприятия по улучшению городского климата, которые условно могут быть разделены на следующие группы:
- мероприятия по регулированию скорости ветра и вентиляции города (планировка городской застройки и улиц, ориентация зданий, создание древесно-кустарниковых и травянистых насаждений различного типа, систем водоемов и т.д.);
- мероприятия по уменьшению потерь тепла зданиями (конструкция окон, ориентация зданий, планировочные решения, касающиеся взаимного расположения зданий и групп зеленых насаждений);
- мероприятия по регулированию относительной влажности воздуха (создание водоемов и водотоков, увеличение площади поверхности с естественным проницаемым покровом, полив зеленых насаждений, мойка улиц и площадей и т.п.);
- мероприятия по борьбе с загрязнением воздушного бассейна путем расположения загрязняющих объектов вне городской черты или в подветренной части городов, созданием высоких дымовых труб (до 250 м), способствующих рассеиванию примесей, эффективным использованием газоочистного оборудования, переходом на менее токсичные виды топлива, использованием более экономичных установок для сжигания топлива, регулированием или прекращением выбросов вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях вплоть до приостановки работы предприятий, переходом на безотходные или замкнутые циклы производства, предотвращением пыления в промышленности, строительстве, транспорте;
- мероприятия по регулированию поступления солнечной радиации (планировка улиц и кварталов, зеленых насаждений, использование разноуровневой застройки, окраска стен, крыш и мостовых, конструкция зданий и их элементов и т.п.).
Все эти мероприятия должны использоваться интегрировано. Использование лишь отдельных элементов не может значительно улучшить условия проживания людей в городах. Решение проблем улучшения микроклимата городской среды позволит сделать города привлекательными и безопасными для жизни и деловой деятельности, подлинными центрами развития современной цивилизации.
Описание работы
Автотранспорт является основным источником загрязнения воздуха. Растущий уровень автомобилизации, увеличивающаяся мобильность населения все более расширяют зоны доступности человеком природных ландшафтов, но, с другой стороны, эти процессы способствуют строительству автомобильных дорог и более равномерному распределению рекреационных нагрузок на природную среду.
Человек живет в материальном мире. Окружающая среда непрерывно воздействует на человека и, подчас, не самым благоприятным образом. Состояние окружающей среды обладает определенными характеристиками, которые оказывают самое прямое влияние на самочувствие и здоровье человека. На людей оказывают влияние климатическая зона проживания, погодные условия, свойства атмосферы, количество солнечных дней в году, качество потребляемой воды и еще множество внешних факторов. Но, при этом, средний городской житель до 80 % своего времени проводит в помещениях, среда обитания в которых резко отличается от климатических условий данного региона.
Любое замкнутое пространство - квартира, служебный офис, студенческая аудитория, спортзал и т.д. обладает набором характеристик, объединенных одним понятием - микроклимат помещения. Впрочем, это следует из самого термина «микроклимат», в котором приставка «микро», в отличие от климата, подразумевает ограниченный объем. И, если уличные условия определяются географической широтой, розой ветров, удаленностью от морского побережья, то есть климатическими условиями места проживания, на которые человек не в состоянии воздействовать, то микроклимат в помещении создается по воле человека. Действительно, независимо от того, где находится город, за полярным кругом или на черноморском побережье, при понижении температуры внешнего воздуха всегда есть возможность создать в квартире или офисе комфортную температуру, а при повышенной влажности и духоте есть возможность проветрить помещение. Так что же такое микроклимат? Согласно ГОСТ 30494-96. «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях», дающего строгое определение: микроклимат помещения - состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.
К показателям микроклимата так же следует отнести химический состав воздуха, насыщенность воздуха механическими частицами (пылью), наличие источников излучения, освещенность в помещении, уровень шума, биологические или химические загрязнения воздуха и еще множество сопутствующих факторов. Совокупность таких факторов называется параметрами микроклимата. В определенном смысле можно говорить о микроклимате на улицах большого города. Большая концентрация автомобилей и промышленных объектов, активная хозяйственная деятельность и круглосуточное освещение создают условия, резко отличающиеся от природных. Например, в отопительный сезон средняя температура в центре большого города на 2-3оС выше, чем за городом. При этом меняется направление и скорость ветра, который начинает дуть от области с более высокой температурой (центр города) к его окраинам. Даже лесная опушка обладает своим микроклиматом. Но при этом отличия от чащи леса или открытого пространства малы и не поддаются регулированию.
Понятием «микроклимат» можно оперировать, описывая условия в парном отделении финской или русской бани, в бассейне или спортивном зале, где занимаются тяжелоатлеты. Но, все же, чаще всего это понятие связано с условиями в жилых или офисных помещениях, так как большую часть своей жизни люди проводят именно там.
Созданию благоприятных условий в помещениях, где человек проводит большую часть времени, должно уделяться огромное значение. И одним из основных направлений в этом деле является создание комфортной атмосферы, лишенной повышенной концентрации вредных веществ или углекислого газа. Приоритет обеспечения свежим воздухом вызван тем, что для жилых, офисных или общественных помещений, наиболее острой проблемой является высокая влажность и духота, спертый воздух и недостаток кислорода. Устранение дисбаланса в составе атмосферы и обеспечение оптимального микроклимата в жилых и офисных помещениях достигается установкой систем вентиляции. Человеческий организм наделен способностью реагировать на неблагоприятные условия. Постоянная духота и влажность вызывают повышенное потоотделение и учащенное дыхание. Длительное нахождение в неблагоприятных условиях вызывает стресс в организме, что может вызвать ухудшение самочувствия и подорвать здоровье. В медицине есть такое понятие «гипертермия», при котором человеческий организм, не находясь в состоянии болезни, повышает свою температуру до 38-39оС, что характерно для парных и при больших физических нагрузках. Но кратковременное повышение температуры в условиях бани имеет тонизирующий и общеукрепляющий эффект. А постоянное нахождение в условиях повышенной влажности и духоты наносит ощутимый вред здоровью.
Существуют определенные нормы, регулирующие все основные показатели микроклимата в помещениях с постоянным нахождением людей. И огромное значение эти нормы уделяют качеству воздуха, заполняющему это помещение. Например, согласно СанПиН 2.2.2.542-96. (Приложение 4) оптимальный микроклимат в служебных помещениях в холодное время года должен иметь следующие показатели: температура воздуха 21-23оС, относительная влажность 40-60%, скорость движения воздуха не более 0,1 м/с.
Эффективная вентиляция позволяет создать такие параметры атмосферы в квартире и офисе, которые смогут обеспечить хорошее самочувствие, высокую работоспособность или полноценный отдых в вентилируемом помещении. Борьба со сквозняками и стремление сберечь тепло в холодное время года приводят к тому, что все щели, откуда свежий воздух естественным образом поступал в помещение, оказываются закупоренными. В таких условиях стандартная система пассивной вентиляции перестает работать, что приводит к застойным явлениям в атмосфере помещения и резкому ухудшению микроклимата. Без качественной вентиляции в этом случае обойтись просто невозможно. В летнее время, когда на улице жара и окна отрыты, о хорошем микроклимате говорить также не приходится. Уличный шум и пыль, свободно проникающие извне, летающий по комнате тополиный пух и сквозняки. Такие условия никак нельзя отнести к нормальному микроклимату в помещении. Поэтому, качественная система вентиляции, способная обеспечить поступление свежего воздуха и при этом устранить негативные факторы, связанные с этим процессом, востребована круглый год.
В целом система поддержания благоприятных условий в доме или офисе должна включать в себя не только вентиляцию помещений, но и предусматривать меры по созданию комфортной температуры, оптимального освещения и прочее. Но проблема свежего воздуха является наиболее распространенной при обеспечении нормального микроклимата. Поэтому, даже имея хорошую систему отопления и современные светодиодные светильники, невозможно добиться оптимальных показателей среды обитания в помещениях без эффективной системы вентиляции.
Представительство АО «Аэрэко» в РФ
План
1. Введение …………………………………………………………………….3
2. Особенности микроклимата в городе ……………………………………4
3. Микроклиматические параметры в городской застройки: скорость...5 ветра в городской среде температура воздуха и поверхностей, ее изменчивость в городе………………………………………………………...6
4. Оптимальные и экстремальные микроклиматические условия……….. 7
5. Влияние ветра на жизнедеятельность в городской среде……………….9
6. Комплексные биоклиматические показатели, международные и российские стандарты………………………………………………………....10
7. Нормативные требования по учету микроклимата……………………….12
8. Комплексное воздействие городов на природную среду………………...15
9. Список использованной литературы………………………………………18
1. Введение
Городская среда во многих крупных городах продолжает терять качество, что делает ее не только дискомфортной, но и опасной для здоровья населения. Потеря качества городской среды связана не только с чрезвычайно высоким уровнем физико-химического загрязнения атмосферы, шумовым, вибрационным и другими видами техногенного воздействия, но и с появлением на территории городов климатических аномалий мезо- и микромасштаба. Уплотнение застройки, рост эмиссии техногенного тепла, уничтожение зеленых насаждений, увеличение площадей с искусственным покрытием и другие виды антропогенного преобразования земной поверхности приводят к изменению радиационного и теплового баланса, деформации полей характеристик ветра, температуры воздуха, перераспределению осадков и многим другим последствиям. Большинство из этих воздействий на приземный слой атмосферы неблагоприятно сказывается на самочувствии населения, использующего территорию города как для рекреации, так и просто передвигающегося по ней пешком по пути на работу и обратно или с другими целями.
Перечисленные проблемы заставляют задуматься о возможных способах улучшения микроклиматических условий мелиорации микроклимата. Для большей части открытых городских пространств не применимо активное воздействие на микроклимат техническими средствами, какими пользуются для создания микроклиматических условий внутри зданий. Поэтому основным и наиболее важным для профессии архитектора направлением в решении этого вопроса является использование определенных композиционных решений застройки и конструктивных особенностей зданий, применение имеющих направленное микроклиматическое воздействие материалов для отделки фасадов зданий и искусственных покрытий, использование МАФ, озеленения и других элементов благоустройства.
Однако, идея мелиорации микроклимата архитектурно-строительными средствами сталкивается с рядом проблем, в числе которых нерешенность вопросов нормирования биоклиматической комфортности и безопасности застройки, недостаточность действующей нормативной базы в части регулирования микроклиматических параметров, а также несовершенство проектных методик и, как следствие, сложность прогнозирования этих параметров на стадии проектной подготовки строительства
Особенности микроклимата в городе
Городская климатология, как самостоятельное направление в прикладной климатологии начала развиваться около 50 лет назад. Это развитие было направлено прежде всего на изучение взаимодействия окружающей среды и городских структур в ходе антропогенного преобразования естественных природно-климатических условий на территориях, занимаемых городской за стройкой. Одна из основных задач городской к климатологии применение теории климата и климатообразования к нуждам городского планирования и архитектуры. Взаимодействие городской климатологии и градостроительства идет во встречных направлениях. С одной стороны, развитие городской среды приводит к изменению климатических условий, с другой стороны климатические условия включаются в процесс принятия градостроительных и архитектурно-строительных решений.
Для систематизации исследований и их применения к нуждам хозяйственной деятельности в климатологии используется понятие климатических масштабов. Основными являются макро мезо и микро масштабы. Макромасштаб применяется в метеорологии и климатологии для изучения процессов и явлений, по размерам сопоставимым с полушарием или крупными его регионами (морями, континентами), он является слишком крупным и в архитектурно-климатическом анализе не используется Под мезомасштабными изменениями климата обычно понимают процессы, происходящие под влиянием крупного города или какой-либо территории крупного озера, долины реки, горного массива и т.п. Например, о климате Москвы в целом говорят как о мезоклимате.
Каждый участок застройки и отдельные строительные объекты имеют на своей территории и в непосредственной близости от нее собственный микромасштабный климат микроклимат. Его характерная размерность от одного метра до первых сотен метров, в зависимости от контрастности физических свойств подстилающей поверхности и размеров размещенных на ней зданий и сооружений. Температура воздуха и отдельных поверхностей в пределах таких участков может изменяться на несколько градусов на незначительном удалении друг от друга, и даже небольшие препятствия могут вносить заметные возмущения в потоки воздуха.
3. Микроклиматические параметры в городской застройки: скорость ветра в городской среде температура воздуха и поверхностей, ее изменчивость в городе
К основным микроклиматическим параметрам, влияющим на биоклиматические показатели городской среды, относятся интенсивности солнечной радиации и теплового излучения ограждающих конструкций зданий и рельефа (радиационный баланс); температура и влажность воздуха, направление и скорость ветра. Для общих случаев отдельных групп зданий, зеленых насаждений и т.д. оценка микроклиматических изменений может выполняться на основе общих закономерностей и специально разработанных графоаналитических методов. Для частных случаев и конкретных участков застройки оценка микроклиматических условий выполняется по результатам специального натурного обследования и методами математического моделирования.
Изменение ветрового режима под влиянием городской застройки, с одной стороны, является наиболее очевидным фактом, с другой стороны подчиняется довольно сложным законам гидротермодинамики, а потому является далеко не тривиальным явлением. Сама по себе городская застройка, имея более высокий коэффициент шероховатости, чем большинство природных ландшафтов, снижает скорость воздушного потока у земли. Но за счет повышенной теплоотдачи в атмосферу город создает мезомасштабную термическую конвекцию, что может усиливать скорость ветра на фоне штилевых условий.
В самом общем случае воздействие городской застройки на скорость ветра выражается в увеличении числа безветренных и маловетреных дней в городе и снижении максимальной скорости ветра в среднем на 10-30% по сравнению с незастроенной пригородной территорией. На территориях с застройкой повышенной плотности и внутри групп зданий, образующих замкнутые и полузамкнутые внутридворовые пространства, скорость ветра снижается на 70% и более.
С градостроительной точки зрения ветровой климат должен влиять на ширину и направление улиц, взаиморасположение функциональных зон относительно друг друга, размещение предприятий относительно жилых районов и мест организованного отдыха и т.д. Обеспечение ветрового комфорта городской территории является одной из основных задач архитектурно-климатического анализа и проектной деятельности.
Как микроклиматический показатель, температура воздуха интегрирует множество факторов климатообразования самого разного масштаба количество поступающей к поверхности земли солнечной радиации, поглощающие, отражающие и излучающие свойства подстилающей поверхности и предметов (зданий, сооружений) на ней расположенных, преобладающие типы атмосферной циркуляции, структуру микромасштабной циркуляции, выделение техногенного тепла и т.д.
Наиболее ярко влияние урбанизации на климат прослеживается в образовании на территории городов устойчивых положительных аномалий температуры островов тепла. Их интенсивность зависит от площади и плотности застройки, ее теплотности, количества жителей, естественных природно-климатических условий. В общем случае, чем больше город, тем больше положительная аномалия температуры воздуха в нем. В климатическом выражении для малых и средних городов умеренной зоны контраст температуры город-пригород составляет величину 12С в среднем за год.
Тепловые ощущения на территории города при одной и той же температуре воздуха могут существенно различаться в зависимости от температуры окружающих человека поверхностей. Например, переходя в жаркий солнечный летний день на теневую сторону улицы, мы намного меньше страдаем от перегрева, хотя воздух на обеих сторонах улицы имеет примерно одинаковую температуру. Это происходит из-за того, что процесс теплообмена организма с окружающей средой зависит не только от температуры воздуха, но и от радиационного баланса организма. На территории городской застройки за счет различной ориентации и экспозиции по освещенности элементов среды, а также различия их теплофизических свойств, таких как поглощающая и отражающая способность, их температура в солнечный день может существенно различаться.
Аналогичной изменчивости на территории городской застройки подвержены и другие микроклиматические параметры (например -абсолютная и относительная влажность воздуха), влияющие на теплоощущения людей, что
приводит к неоднородности биоклиматической комфортности внутри городской застройки и необходимости ее оптимизации. Решение этого вопроса должно начинаться с физиологически обоснованного нормирования микро-климатических условий и разработки биоклиматических показателей, определяющих оптимальные, допустимые и экстремальные состояния микроклимата городской среды
4. Оптимальные и экстремальные микроклиматические условия
О степени влияния на самочувствие человека и на его работоспособность микроклиматические условия подразделяются на: оптимальные, допустимые, вредные и опасные. Критериальные показатели теплового состояния человека, соответствующие пределу переносимости внешней термической нагрузки, зависят от степени адаптации, скорости охлаждения или перегревания, тепловой устойчивости организма, возраста, пола, состояния здоровья и т.д. Оптимальные микроклиматические условия характеризуются такими параметрами показателей микроклимата, которые при их совместном воздействии на человека обеспечивают сохранение теплового состояния организма. В этих условиях напряжение терморегуляции минимально, общие и/или локальные дискомфортные теплоощущения отсутствуют, что является предпосылкой сохранения высокой работоспособности. В оптимальном микроклимате обеспечивается комфортное тепловое состояние организма человека.
Допустимые микроклиматические условия характеризуются такими параметрами показателей микроклимата, которые при их совместном воздействии на человека могут вызывать такое изменение теплового состояния,
при котором наблюдается умеренное напряжение механизмов терморегуляции. При этом может возникать незначительный дискомфорт общий и/или локальным теплоощущениям. При этом сохраняется относительная термостабильность, может иметь место временное снижение работоспособности, но не нарушается здоровье. Допустимы такие параметры микроклимата, при которых тепловое состояние организма можно признать удовлетворительным.
Вредные микроклиматические условия параметры микроклимата, которые при их совместном действии на человека вызывают изменения теплового состояния организма: выраженные общие и/или локальные дискомфортные теплоощущения, значительное напряжение механизмов терморегуляции, снижение работоспособности. При этом не гарантируется термостабильность организма человека и сохранение его здоровья. Степень вредности микроклимата определяется как величинами его составляющих, так и продолжительностью их воздействия.
Экстремальные (опасные) микроклиматические условия параметры микроклимата, которые при их воздействии на человека даже в течение непродолжительного времени (менее 1 ч) вызывают изменение теплового состояния, характеризующееся чрезмерным напряжением механизмов терморегуляции, что может привести к нарушению состояния здоровья и возникновению риска смерти. Кроме того, к экстремальным показателям можно отнести тепловой удар, холодовой стресс и воздействие шквалистого ветра.
5. Влияние ветра на жизнедеятельность в городской среде
Архитектурно-планировочные и техногенные особенности городской территории способствуют формированию местного климата, отличного от климата пригородной территории (табл. 4.8). В промзон&х, на отдельных улицах, кварталах, площадях, парках и т.п. создаются свои особые микроклиматические условия, определяемые городской застройкой, наличием промышленных предприятий, почвенным покрытием, распределением зеленых насаждений и водоемов.
На формирование городского климата оказывают влияние:
- прямые выбросы тепла и изменения режима солнечной радиации; пылегазовые выбросы промышленных предприятий и транспорта;
- изменения теплового баланса за счет уменьшения испарения, малой проницаемости подстилающей поверхности, способствующей быстрому стоку воды и значительной теплопроводности покрытий (крыш, стен зданий, мостовых и т.д.); пересеченность местности, создаваемая городской застройкой, большая доля вертикальных поверхностей, что приводит к взаимному затенению домов и образованию котловинных условий на фоне равнинного рельефа.
Нередко сами города располагаются в естественных котловинах.
Таблица 4.8. Различия климата в крупных городах и прилегающей сельской
местности в средних широтах
|
Метеорологические факторы |
В городе, по сравнению с сельской местностью |
|
Радиация общая |
на 15-20% ниже |
|
Ультрафиолетовое излучение зимой |
на 30% ниже |
|
Ультрафиолетовое излучение летом |
на 5% ниже |
|
Продолжительность солнечного |
на 5-15% ниже |
|
Температура среднегодовая |
на 0,5-1,0° С выше |
|
средняя зимняя |
на 1-2° С выше |
|
Продолжительность отопительного |
на 10% меньше |
|
Ядра конденсации и частицы |
в 10 раз больше |
|
Газовые примеси |
в 5-25 раз больше |
|
Скорость ветра среднегодовая |
на 20-30% ниже |
|
штормовая |
на 10-20% ниже |
|
на 5-20% чаще |
|
|
Осадки суммарные |
на 5-10% больше |
|
в виде снега |
на 5% меньше |
|
Число дней с осадками меньше 5 мм |
на 10% больше |
|
Количество облаков |
на 5-10% больше |
|
Повторяемость туманов зимой |
на 100% больше |
|
на 30% больше |
|
|
Относительная влажность зимой |
на 2% меньше |
|
на 8% меньше |
|
|
на 11-20% меньше |
|
|
Грозы (частота) |
в 1,5-2 раза меньше |
Перечисленные факторы действуют комплексно, хотя и неодинаково в разных условиях климата и погоды.
Солнечная радиация в условиях крупных промышленных центров оказывается пониженной вследствие уменьшения прозрачности из-за большого количества пылевых частиц и аэрозолей. Поступление ультрафиолетовых лучей сильно ослабляется за счет мутности атмосферного воздуха и высокой застройки в узких улицах. С другой стороны, в городе к рассеянной радиации присоединяется радиация, отраженная стенами и мостовыми. Этим обстоятельством обусловлено чувство зноя и духоты, характерное для городов летом.
Из-за загрязненности воздушного бассейна в городах снижается эффективное излучение и, соответственно, ночное охлаждение. Изменение радиационного баланса, дополнительное поступление тепла в атмосферу при сжигании топлива и малый расход тепла на испарение приводят к повышению температуры внутри города, по сравнению с прилегающей местностью.
Указанные выше факторы являются причиной образования так называемого "острова тепла" над городом. Размер "острова тепла" и его показатели изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологических условий и местных особенностей города. Закономерности изменения температуры воздуха при переходе от сельской местности к центральной части города показаны на рис. 4.19.
Рис. 4.19. Сечение "острова тепла" над городом
На границе раздела "город - сельская местность" возникает значительный горизонтальный градиент температуры, соответствующий "утесам острова тепла", достигающий иногда 4° С/км. Большая часть города представляет собой "плато" теплого воздуха с повышением температуры по направлению к центру города. Термическая однородность "плато" нарушается "разрывами" общего характера поверхности в виде областей холода - парки, водоемы, луга и областей тепла - промышленные предприятия, плотная застройка зданиями. Над центральной частью больших городов располагается "пик острова тепла", где температура воздуха максимальна. В крупных агломерациях может наблюдаться несколько таких "пиков", обусловленных наличием промышленных предприятий и плотной застройкой.
По данным метеорологических исследований, тепловое влияние городов проявляется в пределах 100-500-метрового слоя атмосферы, а иногда и 1 км. Большая аэродинамическая шероховатость подстилающей поверхности и наличие "островов тепла" определяют особенности ветрового режима города.
Ветровой режим города характеризуется существованием местной циркуляции. Например, при слабых ветрах до 2-3 м/с у поверхности земли может возникнуть поток холодного воздуха, направленного к "острову тепла", а у вершины "острова тепла" формируется поток теплого воздуха к окраинам города. В самом городе различия в нагреве освещенных и затененных частей улиц и дворов также обусловливает местную циркуляцию воздуха. В ней восходящий поток образуется над поверхностью освещенных стен, а нисходящий - над затененными стенами и частями улиц или дворов. Наличие водоемов способствует формированию дневной местной циркуляции, подобной бризам, от водоема к застройке, что весьма желательно жарким летом. Одновременно такая циркуляция может способствовать захвату загрязняющих примесей.
Зеленые насаждения снижают скорость ветра и способствуют осаждению примесей.
Скорость ветра в городе, как правило, снижается по сравнению с открытой территорией. Но в некоторых случаях возможно усиление ветра, например, в городах, располагающихся на холмистой местности или при совпадении направления ветра с направлением улицы ("эффект аэродинамической трубы").
Влажность воздуха в крупных городах ниже, чем в окрестностях, что связано с повышением температуры и общим снижением содержания влаги в атмосфере над городом как результат уменьшения испарения (табл. 4.8).
Наибольший контраст влажности в системе город - окрестности наблюдается летом, а в суточном - в вечернее время.
В климатических зонах, где зимой выпадает снег или поверхность земли замерзает, воздух в городе может быть более влажным за счет техногенных источников пара.
Влияние города на выпадение жидких и твердых осадков различно. Зимой отмечается снижение до 5% в выпадении снега, летом наибольшие суммы осадков выпадают над городом, но не в центре, а на окраине.
При высокой влажности воздуха повышенная конвективная неустойчивость и загрязненность воздушных масс над городом благоприятствуют образованию облачности. В процессе преобразования облаков из кучевых в мощные кучевые и кучево-дождевые происходит их смещение под влиянием преобладающего переноса воздушных масс. Осадки выпадают преимущественно в подветренных районах города и за его пределами. Если влажность воздуха недостаточна для образования облаков, мощные конвективные потоки, образующиеся над центром города, являются препятствием для горизонтальных воздушных потоков, поступающих в наветренную часть города. Приходящие массы воздуха испытывают дополнительный вынужденный подъем, вследствие чего образуется облачность и выпадают осадки.
Различия в температурно-влажностном режиме города и прилегающих окрестностей влияют и на распределение атмосферных явлений. Так, туманов в городе может быть больше при ослаблении скорости ветра или значительной загрязненности воздуха. С повышением температуры и понижением относительной влажности воздуха туманов в городе становится меньше, чем за городом.
С учетом реально сформировавшихся климатических условий города и условий природно-климатической зоны проводят мероприятия по улучшению городского климата, которые условно могут быть разделены на следующие группы:
- мероприятия по регулированию скорости ветра и вентиляции города (планировка городской застройки и улиц, ориентация зданий, создание древесно-кустарниковых и травянистых насаждений различного типа, систем водоемов и т.д.);
- мероприятия по уменьшению потерь тепла зданиями (конструкция окон, ориентация зданий, планировочные решения, касающиеся взаимного расположения зданий и групп зеленых насаждений);
- мероприятия по регулированию относительной влажности воздуха (создание водоемов и водотоков, увеличение площади поверхности с естественным проницаемым покровом, полив зеленых насаждений, мойка улиц и площадей и т.п.);
- мероприятия по борьбе с загрязнением воздушного бассейна путем расположения загрязняющих объектов вне городской черты или в подветренной части городов, созданием высоких дымовых труб (до 250 м), способствующих рассеиванию примесей, эффективным использованием газоочистного оборудования, переходом на менее токсичные виды топлива, использованием более экономичных установок для сжигания топлива, регулированием или прекращением выбросов вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях вплоть до приостановки работы предприятий, переходом на безотходные или замкнутые циклы производства, предотвращением пыления в промышленности, строительстве, транспорте; мероприятия по регулированию поступления солнечной радиации (планировка улиц и кварталов, зеленых насаждений, использование разноуровневой застройки, окраска стен, крыш и мостовых, конструкция зданий и их элементов и т.п.).
Все эти мероприятия должны использоваться интегрировано. Использование лишь отдельных элементов не может значительно улучшить условия проживания людей в городах. Решение проблем улучшения микроклимата городской среды позволит сделать города привлекательными и безопасными для жизни и деловой деятельности, подлинными центрами развития современной цивилизации.
Одним из климатообразующих факторов является солнечная радиация. Приход солнечной радиации на земную поверхность в основном обуславливается астрономическими факторами – высотой Солнца и продолжительностью дня (а значит – широтой и временем года).
Городская среда находится во взаимосвязи с климатическими и микроклиматическими факторами, влияющими на ее состояние и изменяющимися под ее воздействием. Основными факторами, влияющими на изменение естественных климатических и микроклиматических условий в городской застройке являются: загрязнение атмосферного воздуха, дополнительное тепло, высокий уровень покрытия поверхностей материалами с различными теплофизическими свойствами, изменение городского режима (городские бризы).
Микроклиматические условия в городской среде определяются рельефом, радиационным, тепловым и аэрационным режимами. Оценка микроклиматического режима территории строительства позволяет правильнее предопределить структурно-планировочное решение и разработать систему мелиоративных мероприятий с целью улучшения микроклимата и проведения инженерной подготовки для осуществления градостроительства.
При воздействии загрязнения в атмосфере происходит изменение многих компонентов городского климата, таких как осадки, влажность, температура воздуха и почвы, количество и интенсивность туманов, радиационный баланс, ветровой режим. Приземной слой воздуха в крупном городе получает в 3 раза больше тепла по сравнению с естественными ландшафтами. В целом температурные различия города и пригородных территорий достигает 8 0 С (а иногда и больше, в зависимости от природно-географических условий). Вследствие разности температур и давления воздуха на отдельных участках городской территории возникают искусственные бризы.
Радиационный режим складывается из прямой и рассеянной солнечной радиации. Данные об интенсивности и суммах прямой солнечной радиации для конкретного пункта могут быть получены из . Тепловой режим определяется суммарной солнечной радиацией и температурой воздуха расчетным путем различными способами. В результате загрязнения городской воздушной среды происходит ослабление интенсивности прямой солнечной радиации на 20-40% .
Под влиянием застройки, элементов благоустройства, озеленения и др. сильным изменениям подвергается аэрационный режим. Основным регулятором ветрового режима в городской среде является застройка. Методика количественной оценки аэрационного режима учитывает форму и размеры ветровых теней зданий и зеленых насаждений, а по данным метеостанций на площадке будущей застройки анализируется ветровой режим и вводятся поправки на рельеф местности .
В частности, Московский регион, расположенный на Русской равнине, занимает площадь, равную 47 тыс. км 2 , его население составляет более 20 млн человек, в том числе в Москве на площади 1200 км 2 проживает около 12 млн человек. Климат Московского региона характеризуется как умеренно-континентальный, самый холодный месяц – январь, когда средне-месячная температура в центре города колеблется от –8,8 до –9,7 о С, а на окраинах, от –10,1 до –10,6 о С, в удаленных районах области на 0,9-4,2 о С ниже. В самом жарком месяце года – июле температура в Москве в среднем составляет 18,1-19,3 о С, колебания ее в пределах города и области ±0,8-3,2 о С. Снежный покров в среднем составляет 41-45 см, осадки – 640-677 мм в год. Ветры преимущественно западные, юго-западные и северо-западные, скорость ветра в городе на 1-1,5 м/с меньше, чем по области; число дней со штилем в центре города 18, на окраинах 8-10 в год. Продолжительность туманов 141-149 ч в год, застои воздуха в городе зимой наиболее часто наблюдаются по утрам, а летом – вечерами и ночью. Слабые скорости ветра, туманы, застои способствуют накоплению загрязняющих веществ в атмосфере города и мешают их рассеянию.
Годовой ход суммарной солнечной радиации аналогичен ходу высот Солнца и продолжительности дня. Интенсивный приход суммарной радиации в Москве наблюдается с мая по август (на этот период относится 67% ее годового значения); максимум наблюдается в июне (среднемесячная инсоляция на горизонтальную поверхность за 1983-2005 гг. составила 7,74 квт/м 2 -день), минимум за тот же период (0,71 квт/м 2 -день) – в декабре. Норма инсоляции составляет не менее 2-х часов прямого солнечного облучения.
Для пофакторной и комплексной оценки инсоляции как фактора окружающей среды надо учитывать, что при непрерывном солнечном освещении более 2-х часов принимается 1 балл, от 2-х часов до 1-го часа – 2 балла, а менее 1-го часа – 3 балла (табл. 2), при этом коэффициент значимости при окончательном расчете имеет значение К ЗН = 0,6.
