Скорость ветра

Анализ годового хода скорости ветра. Скорость ветра с точки зрения влияния на архитектурную среду следует рассматривать с двух позиций. С одной стороны, слишком сильный ветер оказывает механическое воздействие на здания, сооружения, находящихся на территории застройки людей и зеленые насаждения. С другой стороны, он может в совокупности с низкой температурой воздуха вызывать сильное ветроохлаждение людей и зданий. При жаркой же погоде и малых скоростях ветра усиливается ощущение жары и духоты, ухудшаются условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере. Поэтому анализ годового хода этого климатического параметра не менее важен, чем анализ температурного и влажностного режима.

Основными характеристиками ветрового климата являются средние значения скорости ветра и повторяемость его направлений и штилей. СП «Строительная климатология» не содержит сведений, необходимых для анализа годового хода характеристик ветра. Поэтому для анализа этого климатического параметра следует использовать данные из «Научно-прикладного справочника по климату СССР», несмотря на то, что данные этого справочника к настоящему времени немного устарели. Для получения более актуальных сведений о ветровом климате необходимо заказывать климатические справки в территориальных органах Росгидромета.

Основываясь на общей закономерности суточного хода скорости ветра, можно по среднесуточной скорости ветра определить с достаточной степенью точности скорость ветра в дневные часы. Для этого среднесуточную скорость ветра за какой-либо месяц следует увеличить в 1,5 раза (см. подпараграф 1.4.4). Полученные значения заносятся в отдельную таблицу (табл. 3.4).

Таблица ЗА

Среднемесячная скорость ветра в Москве (пример)

Для анализа годового хода скорости ветра ее среднемесячные значения наносят на соответствующий бланк-сетку (рис. 3.5). При необходимости, если средние скорости ветра превышают 6 м/с, цену деления на вертикальной оси графика можно умножить на 2, т.е. подписать значения 0, 4, 8 и 12 м/с вместо нанесенных на бланк значений 0, 2, 4 и 6 м/с.

Скорость ветра

V, м/с 8 •

4 м/с

О

II

III IV V VI VII VIII IX X XI XII Месяцы

ср.сут

ср.день

Рис. 3.5. Пример заполнения бланка-сетки «Годовой ход скорости ветра»

На этот же график наносят критические значения скорости ветра — 2, 1 и 4 м/с. Скорость ветра менее 2 и 1 м/с (по наблюдениям на метеостанции) соответствует средней скорости ветра в застройке менее 1 и 0,5 м/с, учитывая ослабление ветра застройкой на 50% в среднем в пределах города. При значении скорости ветра в городе менее 1 м/с (2 м/с на метеостанции) условия аэрации застройки в летнее время считаются недостаточными, такой ветер не обеспечивает естественное проветривание внутренней среды зданий. При скорости ветра на метеостанции менее 1 м/с на территории застройки создается много зон застоя воздуха. В этих зонах при высоких летних температурах часто усиливаются ощущения жары и духоты, особенно на инсолируемых участках и вблизи ин-солируемых, нагретых солнцем, фасадов.

В зимнее время, наоборот, даже при низких температурах воздуха обеспечиваются минимальные теплопотери зданий и практически исключается холодовой стресс у людей, находящихся на территории городской застройки. Скорость ветра в городе менее 0,5 м/с (1 м/с на метеостанции) считается опасной в течение всего года, так как не обеспечивает необходимый воздухообмен на территории застройки и создает крайне неблагоприятные условия для рассеивания загрязняющих веществ от низких источников выбросов, прежде всего автотранспорта, дающего наибольший вклад в загрязнение городского воздуха. Приземные концентрации загрязняющих веществ в такой ситуации могут превышать предельно допустимые значения в несколько раз.

Наличие в годовом ходе значений скоростей ветра менее 2 и 1 м/с за какой-либо месяц говорит о том, что необходимо заранее разработать планировочные мероприятия по максимальному сохранению аэрационного потенциала территории застройки, а объемно-планировочное решение зданий должно учитывать эти неблагоприятные факторы.

При скорости ветра на метеостанции более 4 м/с на территории города — как внутри застройки, так и вдоль автомагистралей — можно ожидать образования зон усиления скорости до 5 м/с и более, т.е. до такой скорости, при которой необходимы объемнопланировочные решения, защищающие здания и сооружения от неблагоприятного ветрового воздействия. Согласно «Техническому регламенту о безопасности зданий и сооружений» аналогичные мероприятия требуются и для защиты от ветрового воздействия людей, находящихся в непосредственной близости от зданий и сооружений высотой 40 м и более. Скорость ветра более 10 м/с не просто требует оптимизации ветрового режима, а говорит о необходимости обеспечения безопасности за счет применения специальных планировочных и архитектурно-строительных средств.

Ниже приводится пример анализа годового хода скорости ветра для Москвы. Для выполнения анализа, как указывалось выше, требуется определить среднюю скорость ветра в дневное время, умножая среднюю за сутки скорость ветра на 1,5. Полученные значения проставляем в строку «скорость ветра днем» табл. 3.3, куда заранее внесены значения среднемесячных скоростей ветра. Затем следует нанести на бланк-график (рис. 3.5) среднюю скорость ветра за сутки и днем. Полученные точки нужно соединить плавной линией.

На том же бланке-графике нужно отметить критические значения скорости ветра: 1 м/с (возможен застой воздуха, перегрев летом, плохие условия рассеивания загрязняющих веществ); 2 м/с (ухудшение условий аэрации территории и проветривания зданий); 4 м/с (верхний предел комфортной скорости ветра для отдельных участков жилой застройки и примагистральных территорий). При скорости ветра выше этого значения возможен ветровой дискомфорт в течение всего года, зимой возможно переохлаждение и сне-гоперенос, летом — пыле- и пескоперенос (дефляция), требуются ветрозащитные мероприятия. Все области, где кривые годового хода средней скорости ветра (г_{ср сут}) превышают 4 м/с или проходят ниже 1 м/с, заштриховываются. Также заштриховываются области, где кривая дневной скорости ветра (г_{ср день}) проходит ниже линии 2 м/с. Заштрихованные области означают периоды года с неблагоприятными скоростями ветра.

Анализ полученного графика показывает, что в Москве среднесуточные и средние за день скорости ветра не превышают комфортных значений в течение всего года. Увеличение скорости ветра наблюдается в холодное время года. В теплое время года средние значения скорости уменьшаются до 1—2 м/с в среднем за сутки, что говорит о необходимости на градостроительном уровне создавать условия для поддержания аэрационного потенциала городской территории, а при архитектурном проектировании предусматривать способы стимулирования динамической и термической конвекции. При принятии объемно-планировочного решения здания по возможности использовать членение его плана, во внутренней планировке отдавать предпочтение квартирам, имеющим светопроемы на противоположных или смежных фасадах, — двусторонняя или угловая компоновка квартир — для создания сквозного или углового проветривания помещений. Односторонней планировки квартир следует по возможности избегать. Компактные решения зданий нецелесообразны, здания следует ориентировать осью перпендикулярно преобладающим летом направлениям ветра.

Анализ благоприятности сторон горизонта по «розе ветров». К основным характеристикам ветрового климата, кроме средней скорости ветра по месяцам, относится распределение повторяемости и скорости ветра по направлениям. Для анализа благоприятности сторон горизонта по ветровому режиму используются «розы ветров» (см. подпараграф 1.4.4). Для оценки повторяемости скорости ветра наносим на диаграмму-круг значения вероятности 16%. Превышение этой вероятности означает повышенную вероятность повторяемости ветра того или иного направления. Для оценки скорости ветра по направлениям наносим на диаграмму круг значения скорости 4 м/с. Превышение этой скорости означает ветровой дискомфорт по его механическому воздействию на здания, людей, зеленые насаждения и почвенный покров. Также на диаграмму «розы ветров» наносится значение 1 м/с. Ветер со скоростью ниже этого значения неблагоприятен в течение всего года из-за образования зон застоя воздуха на территории жилой застройки. Поскольку розы ветров строятся для средних за месяц значений скорости ветра, окружность со значением 2 м/с — неблагоприятное значение дневной скорости ветра — на диаграмму не наносится.

Ниже в качестве примера приведены построение и анализ роз ветров для Москвы. Для этого, используя дополнительные исходные данные в виде табл. 3.2, необходимо построить розы ветров для центральных месяцев холодного и теплого периодов (январь и июль соответственно).

На полученную для января диаграмму (рис. 3.6) следует дополнительно нанести окружность с радиусом, соответствующим значению 4,8 м/с. Это скорость, при которой может наблюдаться слишком сильное ветроохлажден и е зданий, — коэффициент ветро-охлаждения превышает значение 55. О том, как рассчитывается эта скорость, см. подпараграф 3.1.5.

_I = 0,5 м/с---

Рис. 3.6. Пример розы ветров по повторяемости и скорости в январе

Анализ розы ветров показывает, что в январе в Москве преобладают ветры юго-западной четверти. Максимальную повторяемость имеет ветер юго-западного направления (22%). Западный ветер имеет повторяемость 20%, а повторяемость всех остальных направлений не превышает повторяемости штилевых условий (13%).

Наименьшую повторяемость имеют ветры северо-восточной четверти, которые обычно связаны с наиболее резкими похолоданиями в московском регионе. Однако их скорость не превышает критического значения по интенсивности ветроохлаждения.

Наибольшую скорость имеют ветры южного, юго-восточного и северо-западного румбов: 4,9, 4,5 и 4,4 м/с соответственно. Это говорит о том, что ориентация длинной оси зданий по направлению СЗ-ЮВ является неблагоприятной в зимний период, так как вдоль фасадов зданий на территории застройки будет происходить усиление ветра до дискомфортного уровня, что потребует применения ветрозащитных мероприятий на территории жилой застройки. При ориентации зданий перпендикулярно этому направлению фасады будут испытывать сильный ветровой напор, и может возникать избыточная инфильтрация холодного воздуха через квартиры двусторонней ориентации.

Наиболее слабыми являются ветры северо-восточной четверти. Поэтому с точки зрения комфортности внутренней среды зданий их ориентация фасадами перпендикулярно этому направлению является наиболее выгодной при условии соблюдения норм инсоляции жилых помещений, выходящих на северо-восточные фасады.

В июле (рис. 3.7) наибольшую повторяемость и скорость (18% и 3,9 м/с соответственно) имеют ветры северо-западного румба. При ориентации зданий перпендикулярно этому направлению желательно выводить на наветренные фасады нежилые помещения квартир (кухни, подсобные помещения), лестнично-лифтовые узлы и не более одной жилой комнаты многокомнатных квартир. При ориентации зданий в параллельном этому ветру направлении потребуются ветрозащитные мероприятия для придомовых территорий, особенно расположенных между близко стоящими параллельными зданиями, где может наблюдаться эффект «ветрового каньона». С наветренной стороны эти участки жилой застройки рекомендуется экранировать малоэтажными встроенно-пристроен-ными помещениями или отдельно стоящими зданиями объектов культурно-бытового обслуживания. Возможно заполнение этих пространств зелеными насаждениями в виде многорядных посадок деревьев.

Наименьшую повторяемость и скорость имеют ветры восточной четверти, обычно ассоциирующиеся с «волнами жары» в московском регионе. Поэтому при принятии градостроительных решений рекомендуется сохранять аэрационный потенциал застраиваемых территорий, ориентируя протяженные жилые здания и открытые озелененные территории («каналы проветривания») по направлению восток-запад. При этом следует учитывать, что такая

• 1_1 = 2 % -
• 1_1 = ф5_ м/с---

Рис. 3.7. Пример розы ветров по повторяемости и скорости в июле

ориентация зданий не допускает односторонней ориентации квартир, выходящих на северные фасады по условиям инсоляции, а светопроемы жилых помещений, выходящих на южный фасад, будут нуждаться в защите от перегрева и избыточной инсоляции летом в жаркую малооблачную погоду.

Принимая проектное решение по размещению здания и его объемно-планировочному решению, необходимо обратить внимание на высокую повторяемость штилей — 1/3 от всего числа наблюдений в июле. Штилевые условия в летнее время создают тепловой дискомфорт как на территории застройки, так и внутри зданий. Наиболее эффективными методами борьбы с этим неблагоприятным фактором являются: применение контрастной по высоте свободной застройки, исключающей образование полузамкнутых

дворовых пространств, обращенных к югу; преимущественная ориентация зданий по широте как обеспечивающая минимальный суммарный нагрев фасадов при высоком стоянии солнца; использование светлых тонов для наружных ограждений зданий; максимальное озеленение территории жилой застройки, особенно с южной стороны зданий.

Таким образом, по фактору ветрового воздействия наиболее благоприятными для ориентации оси зданий в рассматриваемом регионе являются направления СЗ-ЮВ при условии применения ветрозащитных мероприятий на территории жилой застройки. Широтная ориентация (восток-запад) допустима при использовании зданий широтной компоновки (без односторонних квартир на северных фасадах) и солнцезащитных устройств на светопроемах, обращенных к югу, особенно в односторонних квартирах, выходящих на южный фасад. В качестве таких мероприятий возможно применение балконов и лоджий на южных фасадах, членение планов южных фасадов.