Влияние природно-климатических условий на инсоляцию

В различных районах страны (регионах мира) контрастность и величина инсоляции разные. Продолжительность инсоляции в течение суток для каждой местности определяется временем видимого движения солнца по небосводу. Траектория движения солнца и период суточной инсоляции для каждой географической широты и каждого времени года различны: в северных районах траектория более пологая и протяженная, в южных - более крутая и короткая.

Годовая продолжительность астрономической инсоляции на всех широтах одинакова и равна 4380 часов. Однако на экваторе всегда равна 12 часам. На полярном круге короткий 24-часовой полярный день.

Дни, характеризующие инсоляцию для различных периодов времени года, принимают: 22 июня и 22 декабря - соответственно дни летнего и зимнего солнцестояния; 22 марта и 22 сентября - дни весеннего и осеннего равноденствия; продолжительность инсоляции составляет 12 часов.

Ранние утренние и поздние вечерние пологие лучи пересекают значительно большой слой атмосферы, чем лучи из положения солнца в зените, и их слабое оздоровительное воздействие может не учитываться. В соответствии с нормами для районов южнее 60ºс.ш. в инсоляционный расчет не принимаются первый и последний часы на восходе и закате солнца, а для районов севернее 60ºс.ш. - первые и последние 1,5 часа. Самый длинный период инсоляции на севере («вечный день») - 13-16 часов в сутки в летнее время, однако интенсивность инсоляции здесь невелика, так как и летом, траектория солнечного пути в этих районах пологая. В средней полосе летом самая продолжительная инсоляция 12 - 14 часов, а в южных районах 10 - 12 часов.

Для территории России характерно разнообразие природно-климатических условий. Вся территория бывшего СССР для строительства делится на 4 климатических района (I - IV), каждый из которых имеет несколько подрайонов. Их общие характеристики приводятся в СНиП 2.01.01‑82 «Строительная климатология и геофизика», а также в СНиП 2.01.07‑85 «Нагрузки и воздействия». Наиболее суровые климатические условия в I районе (70 % территории СССР - север и северо-восток Сибири и европейской части страны, Урал, материковые территории и прибрежные части Ледовитого океана и северных морей). Характеризуется длительным холодным периодом (7-9 месяцев в году) с низкими температурами (до –50, –60°С), сильными ветрами в прибрежных подрайонах, снежными метелями, длительной полярной ночью (севернее Полярного круга), вечной мерзлотой грунтов. Это определяет «закрытый» жизненный режим населения с более продолжительным, чем в других районах, пребыванием в помещениях, большую степень изоляции зданий от воздействий внешней среды.
II и III климатические районы (средняя полоса) характеризуются умеренным климатом с примерно равными холодным и теплым периодами с умеренными положительными и отрицательными температурами и другими климатическими показателями. Это районы наиболее населенной части страны. Жизненный режим здесь более «открытый». Взрослое население и дети во все времена года могут длительное время находиться вне зданий.
Южные районы (IV и частично III) характеризуются продолжительным теплым периодом (до 9 месяцев в году), высокими положительными летними температурами и различными особенностями микроклиматов подрайонов: приморских, жарких степных и полупустынных территорий с песчаными бурями, влажных и жарких субтропиков, горных и т.д. Здесь население широко использует различные летние помещения, дворы. Для зданий существенна защита от перегрева солнечной радиацией, резких суточных изменений температуры, излишней влажности и др.

Наиболее важными составляющими климата, которые необходимо знать, прежде чем приступать к проектированию, являются данные о следующих природно-климатических факторах:

Прямая и рассеянная солнечная радиация

Основными факторами являются бактерицидное и температурное воздействия. Эти данные учитываются:

• при выборе расположения и ориентации здания на участке, позволяя определять продолжительность и интенсивность инсоляции помещений в различное время года, а также степень инсоляции прилегающих территорий;
• при расчете стен и покрытий зданий на теплоустойчивость в жаркие летние месяцы;
• при выборе архитектурно-планировочных и конструктивных солнцезащитных мер, устраняющих перегрев помещений в летние месяцы;
• при выборе систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

Ультрафиолетовая радиация

Основным фактором является бактерицидное воздействие. Учитывается:

• при проектировании фотариев – помещений, в которых создаются кратковременные источники ультрафиолета, что необходимо в северной зоне и при длительном пребывании людей в помещениях с недостаточным естественным освещением;
• при выборе конструкций окон и фонарей, при расчетах природной ультрафиолетовой облученности, проникающей в помещения лечебных зданий, детских учреждений и др.;
• при выборе облицовки фасадов и отделки интерьеров, повышающих насыщенность помещений прямой, рассеянной и отраженной ультрафиолетовой радиацией.

Естественная наружная освещенность

Учитывается:

• при выборе типов, размеров и расположения окон и фонарей в соответствии с требованиями главы СНиП «Естественное и искусственное освещение»;
• при определении времени использования естественного освещения в помещениях, что позволяет в некоторых случаях мотивировать отказ от естественного света (зрительный зал, подсобное помещение);
• при выборе рода освещения (естественное, искусственное или совмещенное), проектировании установок искусственного света (имитация естественного освещения по яркости и спектру).

Температура и влажность наружного воздуха

Данные об их годовой динамике используются:

• при выборе объемно-планировочного решения здания (в холодных районах предпочтительна более компактная планировка и застройка);
• при выборе и расчете элементов ограждающих конструкций (стен, покрытий, заполнения проемов) по теплотехническим требованиям;
• при расчете систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;
• при прочностном расчете конструкций на температурные воздействия.

Господствующее направление, скорость и давление ветра

Учитываются:

• при расположении здания на участке для устранения интенсивного охлаждения помещений за счет воздухопроницаемости стен и окон;
• при определении конструкции и расположения окон и фонарей, обладающих обычно повышенной воздухопроницаемостью;
• при расчете аэрации помещений и территорий;
• при прочностных расчетах конструкций зданий.

Скорость ветра определяется как горизонтальная составляющая осредненной скорости воздушного потока на высоте 10-15 м от земли. При проектировании высотных сооружений следует учитывать увеличение скорости ветра по высоте.

Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда перемещается воздушный поток. Средняя скорость ветра по направлениям горизонта и повторяемость направлений ветра в (%) – основные характеристики ветра на территории застройки. В процессе проектирования часто пользуются графическим изображением характеристик ветра в виде специальной диаграммы – «розы ветров», на которой приводятся данные о повторяемости и скорости ветра на данной местности за определенный период.

Количество осадков в летнее и зимнее время года

Эти данные необходимы:

• при проектировании расположения здания на участке, с целью устранения большого снегообразования на территории и крыше;
• при выборе формы и расположения фонарей, не способствующих задерживанию снега на крыше;
• при проектировании карнизов и водостоков для быстрого удаления ливневых и талых вод;
• при разработке способов удаления снега с крыши;
• при выборе облицовки фасада здания, заполнения проемов с учетом их водостойкости (в Дальневосточном Приморье количество осадков, выпадающих на вертикальные поверхности, может в 3 раза превышать выпадение на горизонтальные поверхности – «косые» дожди);
• при прочностных расчетах конструкций. Плотность снега (140-360 кг/м3) зависит от высоты снежного покрова, продолжительности его залегания, скорости ветра, температуры воздуха.

Данные об основных климатических факторах определяются путем обработки многолетних измерений метеостанций на основе методов математической статистики.