Author: Мягков М.С. Губернский Ю.Д. Конова Л.И. Лицкевич В.К
Tags: угрозы окружающей среде экология города и села архитектура экология климат градостроительство
ISBN: 978-5-9647-0113-2
Year: 2007
Text
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
И ПРОЕКТНО-ИЗЫСКАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ ГОРОДА
Мягков М.С., Губернский Ю.Д.,
Конова Л.И., Лицкевич В.К.
ГОРОД, АРХИТЕКТУРА,
ЧЕЛОВЕК И КЛИМАТ
Москва
«Архитектура-С»
2007
УДК 504
ББК 28.081
М 99
Издание осуществлено
на средства НИиПИ экологии города
Рецензенты:
д.г.н. проф. Исаев АА (Географический ф-т МГУ им. М.В. Ломоно-
сова);
д.м.н. проф. Винокур ИЛ. (ФГУН «Федеральный научный центр ги-
гиены им. Ф.Ф. Эрисмана Роспотребнадзора»);
д.арх. академик РААСН Чистякова С.Б. (ЦНЙИП градостроитель-
ства)
Мягков М.С. и др.
М 99 Город, архитектура, человек и климат / Мягков М.С., Губерн-
ский Ю.Д., Конова Л.И., Лицкевич В.К.: Под ред. к.т.н.
М.С. Мягкова. — М.: «Архитектура-С», 2007. — 344 с., ил.
ISBN 978-5-9647-0113-2
Монография «Город, архитектура, человек и климат» содержит сведения
о городе как факторе климатообразования, о микроклимате городской сре-
ды, его влиянии на городское население. Обсуждаются архитектурные и гра-
достроительные средства регулирования микроклимата, Рассматриваются
вопросы нормирования микроклиматического воздействия, создания благо-
приятной среды при проектной подготовке строительства и эксплуатации
зданий. Особое внимание уделено результатам, полученным российскими
учеными в области экологии человека и биоклиматической архитектуры.
Анализируются микро- и мезоклиматические особенности Московского ме-
гаполиса.
Книга рассчитана на широкий круг читателей: архитекторов, специали-
стов в области экологии и гигиены городской среды. Она может быть ис-
пользована также и для учебных целей.
ISBN 978-5-9647-0113-2
© М.С. Мягков, авторский коллектив, 2007 г.
© ООО «НИиПИ экологии города», 2007 г.
© Издательство «Архитектура-С», 2007 г.
Предисловие
Во времена итальянского Ренессанса, когда вновь были опуб-
ликованы многие античные манускрипты, Леон Баттиста Аль-
берти1 и, вслед за ним, Андреа Палладио2 обратили внимание
на заключение Тацита Корнелия3 о том, что отдельные части
Рима летом стали жарче, а также менее благоприятны для здо-
ровья, после расширения улиц, произведенного во времена цар-
ствования императора Неро. В своих работах Палладио рекомен-
довал проектировать улицы «широкими и открытыми» в горо-
дах с прохладным климатом, чтобы сделать эти города «более
благоприятными для здоровья, удобными и красивыми». Но в
городах с жарким климатом, таким как в Риме, более здоровые
условия создаются на узких улицах с домами, достаточно высо-
кими, чтобы создавать тень. Можно полагать, что так было по-
ложено начало научной дискуссии об учете климатических фак-
торов в архитектуре и градостроительстве.
С тех пор прошло немало времени. Менялись школы и на-
правления в архитектуре, углублялись знания в области теории
климата и прикладной метеорологии, появились принципиаль-
но новые возможности в части инженерного обеспечения за-
строек и оборудования зданий. Несмотря на это поставленные
когда-то проблемы комфортности городских территорий лишь
стали еще более острыми. Это связано, прежде всего, с тем, что
со временем предавался забвению накопленный эмпирическим
путем опыт приспособления поселений и зданий к исходным
природно-климатическим условиям местности, а градострои-
тельство становилось все более утилитарным и директивным.
Очевидно, что пока не оправдывают себя надежды на созда-
ние благоприятной для человека городской среды, возложенные
на инженерно-технические средства, которые может предоста-
вить современный научно-технический прогресс. Городская сре-
да во многих крупных городах продолжала и продолжает терять
1 Леон Баттиста Альберти (1404—1472) — видный архитектор раннего Возрож-
дения, флорентиец по происхождению. Автор трактата «Десять книг о зодчестве» -
(1452). Был также живописцем, поэтом, музыкантом.
2 Андреа Палладио (1508—1580) — знаменитый итальянский архитектор конца
эпохи Возрождения. В основном работал в двух городах — Виченце и Венеции — в
области гражданской архитектуры.
3 Публий Корнелий Тацит (около 58—около 117) — римский историк, главные
труды- посвящены истории Рима и Римской империи, занимал ряд государственных
должностей.
- 3 -
свое качество, что делает ее не только дискомфортной, но и
опасной для здоровья населения. Потеря качества городской
среды связана не только с чрезвычайно высоким уровнем хими-
ческого загрязнения атмосферы и шумового воздействия, но и с
появлением на территории городов климатических аномалий
мезо- и микромасштаба. Уплотнение застройки, увеличение ее
этажности, рост эмиссии техногенного тепла, уничтожение зеле-
ных насаждений, увеличение площадей с искусственным покры-
тием и другие виды антропогенного преобразования земной по-
верхности в процессе градостроительной деятельности приводят
к изменению радиационного и теплового балансов, деформации
полей характеристик ветра, температуры воздуха, перераспреде-
лению осадков и многим другим последствиям. Большинство из
этих воздействий на приземный слой атмосферы неблагоприят-
но сказывается на самочувствии населения, использующего тер-
риторию города как для рекреации, так и просто передвигающе-
гося по ней пешком по пути на работу или с другими целями.
Перечисленные проблемы заставляют задуматься о возмож-
ных способах улучшения микроклиматических условий — «ме-
лиорации микроклимата». Очевидно, что для большей части от-
крытых городских пространств не применимо активное воздей-
ствие на микроклимат технических средств — таких, какими
пользуются для создания микроклиматических условий внут-
ренней среды зданий. Поэтому основным направлением в реше-
нии этого вопроса может стать влияние на микроклиматические
условия композиционного решения застройки и конструктивных
особенностей отдельных зданий, применение имеющих направ-
ленное микроклиматическое воздействие облицовочных матери-
алов фасадов и искусственных покрытий, организация системы
зеленых насаждений таким образом, чтобы они в максимальной
степени сглаживали отрицательные микроклиматические эффек-
ты, возникающие в городской среде.
С середины 1970-х годов в архитектуре сформировалось на-
правление, получившее название «биоклиматическая архитекту-
ра», ставящее своей целью максимальное приспособление зда-
ний к окружающей их среде в части использования естествен-
ных источников света, тепла и холода, смягчения последствий
строительства и эксплуатации зданий для вмещающих их есте-
ственных ландшафтов.
Аналогичная идеология все шире .применяется и в градо-
строительстве. В настоящее время она частично используется
при планировке застроек для решения таких экологических за-
дач как улучшение условий рассеивания выбросов загрязняю-
- 4 -
щих веществ, минимизация акустического воздействия транс-
портных магистралей и других источников шума, обеспечение
благоприятного инсоляционного режима. Однако ее более пол-
ная реализация связана с целым рядом проблем, в числе кото-
рых — отсутствие действующих норм и правил в части
микроклиматических параметров застройки и технические слож-
ности в диагнозе и прогнозе изменения этих условий на стадии
проектной подготовки.
В предлагаемой монографии обобщается материал, накоплен-
ный к настоящему времени в нашей стране и мировой практике
архитектуры и градостроительства, касающийся городской кли-
матологии, физиологии человека и коммунальной гигиены. Кни-
га состоит из трех основных разделов (частей) с соответствую-
щими названиями. Каждый из разделов представляет собой са-
мостоятельную отрасль знаний, которая применяется в практи-
ке градостроительства. Авторы монографии видели свою задачу
и в том, чтобы каждый из этих разделов можно было бы прочи-
тать и осмыслить с позиций двух других разделов, поскольку их
объединяет один и тот же объект исследования — городской
житель, а точнее — самочувствие человека в городе, обусловлен-
ное воздействием климатических факторов.
Использование приведенной в монографии суммы знаний из
области архитектурной климатологии и экологии человека в
проектной деятельности поможет архитекторам (и экспертам) в
принятии правильных проектных решений.
В конечном счете именно город, в первую очередь, должен
создавать условия для нормальной жизнедеятельности людей,
защищая их от неблагоприятного воздействия окружающей сре-
ды. Все остальные его функции — стратегические, социально-по-
литические, хозяйственно-экономические — должны выполнять-
ся, не нарушая этих условий. Иначе население не сможет жить
в городах, а города, в свою очередь, не смогут существовать без
своего населения.
Часть I
ГОРОД И КЛИМАТ
Глава 1
Влияние климата на расселение и градообразование
1.1. Исторические предпосылки градостроительной
климатологии
В современной теории урбанистики в качестве основопола-
гающих факторов градостроительного развития обычно рассмат-
риваются экономические и транспортные структуры, экономико-
географическое положение городов, их ведущие административ-
но-политические функции. Именно с этими факторами обычно
связывают возникновение городов, последующие изменения их
размеров, планировки и характера застройки. Показательно, что
о природно-климатических условиях, их неоднородности, опас-
ностях, структуре и взаимодействии с городской средой урбани-
стика даже на терминологическом уровне почти не говорит ни в
плане удорожания строительства и эксплуатации застройки, ни
в плане устойчивости городов как саморазвивающихся социаль-
но-экономических систем.
Только в последние два—три десятилетия, когда общество
вплотную подошло к экологическому кризису, причем, связан-
ному не с техногенными авариями или стихийными бедствия-
ми, а назревшему в ходе «штатной»- эксплуатации природной и
городской сред, проблемам экологического обоснования проект-
ных решений в области планировки и застройки стало уделять-
ся большое, а иногда и основное, внимание. Стоит отметить, что
рассматриваются, как правило, не экологические проблемы, воз-
никающие в результате специфики природно-климатических ус-
ловий используемых под застройку территорий, а экологические
проблемы, которые возникли в результате неправильного веде-
ния хозяйственной деятельности [104]. Т.е., подчеркнем, реша-
ются экологические проблемы техногенного, а не природного
происхождения.
Меньше, чем это необходимо, уделяется внимания и взаимо-
связям природно-климатических условий с планировкой застро-
- 6 -
ек. Отмечается [8], что задачи архитектора в области архитек-
турной климатологии заключаются в анализе климатических ус-
ловии места строительства объекта, выявлении нормативных и
вненормативных требований к выбранному месту в связи с кли-
матом, отборе наиболее существенных из них и отражении этих
требований в проекте и архитектурном облике объекта. При
этом считается, что оптимизация климатических условий в си-
стеме расселения находится в подчиненном положении по отно-
шению к другим градообразующим факторам («детерминан-
там»): доступности ресурсов жизнеобеспечения поселений, нали-
чии транспортных путей, защищенности от возможных нападе-
ний врага и т.д. [129]. Поэтому климатическая топология и мор-
фология городских планировок, системы расселения в целом,
несмотря на всю очевидность их зависимости от природно-кли-
матических условий, пока не получили должного развития.
Однако, если обраться к совмещенным схемам опорного кар-
каса расселения на территории России и комфортности клима-
тических условий для проживания человека (рис. 1.1), то не со-
ставит труда заключить, насколько хорошо первая из них впи-
сывается во вторую. Возникает вопрос: действительно ли при-
родно-климатические условия возникновения и функционирова-
ния поселений находятся в подчиненном отношении к экономи-
ко-географическим и социально-политическим аспектам? Для
поиска объективного ответа на этот вопрос обратимся к резуль-
татам краткого исторического обзора процессов становления и
развития поселений в «доиндустриальное» время, которые по-
зволяют сделать нижеследующие выводы [54].
1. С момента своего появления (несколько тыс. лет назад)
постоянные поселения размещаются с учетом наличия водных,
лесных и иных ресурсов. Природно-климатические особенности
в планировке и застройке учитываются лишь в части разруши-
тельных явлений — наводнений, оползней, и то лишь в подчи-
ненном по отношению к стратегическим и торгово-экономиче-
ским факторам порядке.
2. Топографические (или ландшафтные) типы ресурсно обо-
снованных местоположений поселений немногочисленны. Это —
поверхности речных террас, мысы, холмы (останцы террас),
озерные котловины, подножья горных склонов, дно долин или
сочетания упомянутых типов рельефа («город на семи холмах»).
3. Каждому типу поселений отвечают свои особенности мик-
роклимата. Эти микроклиматические особенности для каждого
местоположения учитывались опытным путем при свободной
планировке поселений за период их саморазвития. Учет выра-
- 7 -
жался, в основном, в незастроенности неблагоприятных участ-
ков, переносе застройки выше или ниже по склону, ближе или
дальше от водной поверхности (от «сырости») и т.д.
Рис. 1.1. Схема размещения опорного каркаса расселения народов Рос-
сии по Г.М. Лаппо [40] с учетом экологических типов ландшафтов по
А.Г. Исаченко [24].
Группы ландшафтов (по степени благоприятности условий для жизни
населения): I — неблагоприятные, II — малоблагоприятные, III — от-
носительно благоприятные, IV — благоприятные, V — наиболее благо-
приятные; А — равнинные ландшафты, Б — горные ландшафты
4. В древности изменения климатических условий отдельных
местностей и целых стран отражались в конструкции и обуст-
ройстве жилищ — в преобладании заглубленных или наземных
построек, использовании крытых переходов или отказе от них,
форме и конструкции кровли, пола, остекления и т.п.
5. Современная регулярная планировка индустриальных го-
родов, обусловленная экономическими и социальными фактора-
ми, практически не оставила прежних эмпирически сложивших-
ся приемов и возможностей учета фактора климата (за исклю-
чением, пожалуй, ветрозащиты и соблюдения норм инсоляции).
Засыпка долин и срытие холмов уменьшают пестроту естествен-
ных климатических условий. Повышение теплотности застроек,
механическое перераспределение твердых осадков по террито-
рии, эмиссия ядер конденсации, приводящая к усилению тума-
нов и появлению смогов и другие виды техногенного воздей-
ствия на климат приводят к формированию новых особенностей
климатических условий в городской среде обитания человека.
- 8 -
Неблагоприятные экологические и климатические послед-
ствия до определенного предела оказывается быстрее и выгод-
нее компенсировать техническими средствами, пренебрегая воз-
можностями планировки и застройки. Указанные проблемы за-
частую сознательно игнорируются ради сохранения экономичес-
ких и административных функций поселений, которые изменя-
ются в историческом времени все же быстрее, чем климатиче-
ские условия и способность людей к ним приспосабливаться.
Отсюда вытекает «временность» действия социально-экономиче-
ских факторов градообразования по отношению к «постоянству»
стремления людей жить там, где по климатическим показателям
им комфортно, а не там, где «надо» с каких-либо иных точек зре-
ния. Следует заметить, что принцип комфортности проживания
легко применим в любом географическом и архитектурно-строи-
тельном масштабе. Начиная с масштаба континентов и заканчи-
вая отдельной жилой комнатой, человек будет искать себе наибо-
лее комфортное место для постоянного проживания.
При анализе возможностей использования и управления ло-
кальными климатическими особенностями при планировке и
застройке поселений большой интерес представляет накоплен-
ный в градостроительстве исторический опыт, интегрирующий
результаты эмпирического поиска оптимальных условий прожи-
вания на территориях, осваиваемых веками. Учет климата в пла-
нировке и застройке в начале освоения территории заключает-
ся, прежде всего, в использовании при размещении поселений
особенностей мезорельефа, защищающего поселения, в первую
очередь, от неблагоприятного ветрового воздействия (долины,
бухты...). После этого начинается борьба за комфорт архитектур-
но-строительными способами с учетом ресурсов и возможностей
«инженерного обеспечения» застройки (отопление, вода, транс-
портные связи). Показательно, что исторические города, как
мезо- и микромасштабные объекты, возникшие в ходе расселе-
ния этносоциумов, обнаруживаются в определенных, по-своему
феноменальных точках планеты, обладающих специфическими
природообусловленными характеристиками территорий, в том
числе и климатическими, обеспечивающими поддержание здо-
ровья человека [38].
Согласно исследованиям (71; 92 и др.], многие поселения на
европейской части России (и не только здесь) в течение тысяче-
летий возобновлялись на одних и тех же местах, оказавшихся
почему-либо наиболее удобными, или, по крайней мере, на од-
нотипных в ландшафтном смысле территориях. Этот факт по-
зволяет говорить о преемственности опыта приспособления к
- 9 -
природной среде (в том числе к природно-климатическим усло-
виям), но также и о малом разнообразии типов местностей, от-
вечающих требованиям поселений. Всем насельникам были не-
обходимы:
— водные объекты как источники водоснабжения, транспорт-
ные пути, иногда — источники рыбных ресурсов;
— высокопродуктивные земли (охотничьи угодья, пастбища,
сенокосы), обычно отвечающие поречным, в том числе поймен-
ным, ландшафтам;
— безопасность от наводнений.
Этим требованиям отвечают края надпойменных террас, ка-
ких много в Восточной Европе, останцы надпойменных террас в
пределах поймы или достаточно высокие берега крупных озер,
коих (озер) сравнительно мало в Восточной Европе. Именно к
таким местностям относятся все постоянные поселения доинду-
стриального времени. Более поздние индустриальные поселения
могут попадать в иные условия, в России — в условия водораз-
дельных возвышенностей или подножий горных склонов с соот-
ветствующими особенностями климата (ветры, снегозаноси-
мость, вертикальная мощность тумана — изморози — над дном
долины или над уровнем озера и т.п.).
Некоторые сведения, имеющие, на наш взгляд, отношение к
планировке применительно к климатическим особенностям той
или иной местности, могут быть представлены в нижеследую-
щем виде (данные по бассейнам Верхней Волги и Камы). Наи-
более древние постоянные, круглогодичные или зимние поселе-
ния появились:
— в степях и лесостепях Восточной Европы не позже 4,5 тыс.
лет назад с освоением земледелия и придомного скотоводства —
«древнеямная» культура и др.;
— в лесной полосе — около 5 тыс. лет назад, в частности — у
оседлых рыболовов («культура ямочно-гребенчатой керамики»);
около 4 тыс. лет назад — у более многочисленных скотоводчес-
ко-земледельческих племен («культура шнуровой керамики»).
Эти поселения, где проживали несколько десятков человек,
обычно были небольшими, до 10—20 жилищ, как полагают, это
были поселения отдельных родов. Такими они и сохранились до
конца 1-го тысячелетия, когда появились восточнославянские
города.
Происходившие по мере усложнения хозяйства изменения
поселений заключались в их зонировании, т.е. появлении от-
дельных от жилья кладбищ, жертвенных мест, загонов, зимних
хлевов для скота, хранилищ продовольствия, кормохранилищ
- 10 -
для скота, мастерских по изготовлению каменного, а примерно с
3,5 тысяч лет назад — бронзового оружия и т.п. Можно сказать,
что это зонирование могло носить экологический характер «по
фактору химического загрязнения атмосферы».
Со времени возникновения случаев военной опасности око-
ло 3,5 тысяч лет назад (приход имевших боевой опыт агрессив-
ных племен с юга) стали появляться укрепленные поселения. От
прежних они отличались, во-первых, размещением на защищен-
ных рельефом местах (например, речных мысах, останцах тер-
рас и т.п.), во-вторых, более плотной застройкой. Позднее про-
изводилось укрепление поселений инженерно-строительными
приемами с выделением оборонительных сооружений в особую
функциональную зону. Новая волна массовых укреплений воз-
никла в Киевской Руси, а позже в Московском государстве — в
IX—X веках и в XIV—XVII веках, соответственно.
По данным о развитии 4-х археологических культур, носители
которых пришли на Верхнюю Волгу и Каму 4—3,5 тысячи лет
назад из разных мест (с запада, с юга, из Западной Сибири), вид-
но, что отдельные дома в поселениях часто соединялись крытыми
переходами. В период 3,5—2,8 тысячи лет назад переходы соору-
жались реже, так как вместо прежних полуземлянок все чаще ста-
ли использоваться наземные срубные жилища (в частности, стро-
ения типа избы — впервые около 3,5 тысяч лет назад). Археологи
[92] связывают эти изменения с укреплением родовых общин и
последующим их разделением на большие семьи (в изолирован-
ных жилищах). В физическом смысле вероятно и следующее за-
ключение: жилища стали менее чувствительны к холоду и снего-
заносам вследствие прогресса в орудиях труда (строительство, за-
готовка топлива и т.п.) и снижения суровости климата.
По археологическим данным, приозерные и приречные посе-
ления время от времени, как правило, при смене «культур», ха-
рактерный срок жизни которых составляет несколько столетий,
переносились на более высокие места (речные террасы) в зависи-
мости от каких-либо невоенных причин. Археологи полагают, что,
возможно, это был уход от опасности наводнений. Сведения о та-
ких событиях малочисленны, поэтому не дают оснований для
строгих выводов, но если искать природные причины, то едва ли
правильно останавливаться на одних лишь наводнениях.
Возможно, пришедшееся на ту эпоху потепление климата и
связанное с этим потеплением увеличение количества осадков,
влажности почвы и воздуха привело к возрастанию повторяемо-
сти туманов, увеличению высоты снежного покрова, вероятно-
сти снегозаносов, подтопления территории и прочим ухудшени-
~ 11 -
ям условий проживания в прибрежных полосах. Избавиться от
этих проблем помогало перенесение поселений на более высо-
кие и открытые для ветра места. Таким образом, можно сказать,
что если ранее местные климатические особенности долин, ру-
сел и котловин использовались при размещении поселений как
можно ближе к водной поверхности, то при изменении клима-
тических условий в сторону более высокого увлажнения для
борьбы с последствиями этих изменений стали использоваться
климатические особенности возвышенностей.
Безусловно, климатические условия не могли быть един-
ственной причиной переноса поселений. Были и другие обстоя-
тельства. К их числу, в частности, относятся особенности веде-
ния хозяйства. Например, снижение роли рыболовства в обеспе-
чении продуктами питания и вытеснение его земледелием и ско-
товодством, что вело к уменьшению зависимости от близости
водного объекта. Могли быть и другие причины.
1.2. Климатические особенности эволюции системы
расселения в России
Структурное и морфологическое развитие городов в Евро-
пейской части России имело следующие общие черты. Некото-
рые из поселений описанных выше типов в середине и второй
половине I тысячелетия нашей эры представляли собой «прото-
города». Это были племенные (в том числе славянские) центры,
получившие некоторые управленческие и торгово-ремесленни-
ческие функции вследствие развития товарообмена (торговли)
по речным путям. В то время торговля при незащищенности
поселений и их транспортной доступности (по воде) приводила
к увеличению вероятности нападений на города. Для защиты от
нападений и грабежей племенные центры стали укрепляться,
огораживаться частоколом, рвом, валом и т.п., что и послужило
причиной появления термина «город» (огораживание — отсюда
«городьба», «город»). Согласно теории происхождения и разви-
тия городов в России [71; 72], «настоящий» город включал:
— административный центр — княжеский «детинец» (осад-
ную крепость), где хранились разные припасы на случай вражес-
кого нападения;
— торгово-ремесленные посады, обычно неукрепленные, ре-
же — укреплявшиеся, но слабее «детинца»;
— сады, огороды, выгоны для скота, пустоши.
Сначала при свободном размещении застройки, затем — при
уличной планировке, города были невелики (до нескольких де-
- 12 -
сятков га), т.е. размещались обычно в границах одного элемента
рельефа: одной террасы, одного холма и т.п., подобно догород-
ским поселениям.
С XI—XII веков по мере развития торговли, ремесел, увели-
чения численности населения и войск (дружин) города стали
расти. В самых общих чертах история роста городов Московско-
го государства, согласно исследованиям [71; 36], связана со сле-
дующими событиями:
— ХШ век — рост количества крепостей на осваивающихся
водных путях;
— с XIV века — увеличение количества внегородских мона-
стырей, часть которых позже превратилась в города, и появление
промысловых (металлургических, солеварных и т.д.) поселений;
— с XV века — появление промышленных центров мануфак-
турного типа (например, металлургия и металлообработка в Туле);
— с XVI века — расширение государства, строительство мно-
жества новых городов-крепостей на границах, на вновь осваива-
емых землях (в одном XVI веке их было построено около 60);
— с XVII—XVIII веков — появление очагов горнодобываю-
щей и горно-обрабатывающей промышленности на Урале;
— с XIX века — рост количества и значения транспортных
узлов на водно-сухопутных перекрестках;
— XX век — крайне быстрый рост промышленности и путей
сообщения, промышленных и «транспортных» городов и агломе-
раций.
Проектирование строительства и реконструкции городов в
историческом разрезе имело некоторые характерные черты. До
XVI века формализованного проектирования не было, хотя учи-
тывался многотысячелетний опыт догородских поселений. Древ-
нейшие восточнославянские города ставились на местах, обжи-
тых ранее. С конца XV—начала XVI века введены государствен-
ные нормативы проектирования и строительства новых и рекон-
струкции старых городов. В частности, места новых городов
(крепостей) выбирались специальными разведывательными от-
рядами по царским приказам. При выборе и проектировании для
положения стройплощадки учитывались: пути сообщения, запа-
сы леса и пригодных к хозяйству земель, возможность обороны.
Ради повышения обороноспособности города ставились на вы-
сокие берега рек, которые могли подмываться, оползать, обру-
шаться. Многие города из-за этого переносились, перестраива-
лись заново, укреплялись и т.д., некоторые из них и до нашего
времени страдают от нерешенности указанных проблем (напри-
мер, Саратов). Т.е. ради интересов обороноспособности и ресур-
- 13 -
сного обеспечения градостроители пренебрегали опасными гео-
логическими и природно-климатическими процессами. В 1775—
1785 годах в России произведена административная реформа,
которая, в частности, потребовала перепланировки всех городов,
заключавшейся в замене прежней, свободной планировки на бо-
лее строгую, регулярную.
Из 414 городов в Российской Федерации, построенных до
1917 года, по своему первоначальному происхождению состав-
ляют:
крепости — 56%;
сельскохозяйственные поселения — 27%;
транспортные узлы — 8%;
монастыри — 5%;
промышленные центры — 4%.
Отсюда видно, что экономика, как градообразующая база,
никогда не была ведущим фактором в возникновении и функ-
ционировании городов. Несмотря на это из примерно 1100 го-
родов, существующих в настоящее время на территории РФ,
большая часть построена в XX веке на новых местах в «чистом
поле» на основании решений директивных органов.
Какие же черты природных, в том числе и климатических,
особенностей местности нашли отражение в историческом раз-
витии планировки и зонирования городов? До реформы 1775—
1785 годов города «органически сливались с ландшафтом» [71]
и имели следующие характерные черты своей организации по
функциональному зонированию: административный и религиоз-
ный центр (кремль); посады со смешанным населением и «тор-
гами»; слободы с профессиональным населением (стрелецкие,
ямские, рыбацкие, царские, ремесленные); монастыри в приго-
родах с их дворами, садами, огородами — тем, что теперь приня-
то называть «подсобным хозяйством»; другие «районы», связан-
ные с пристанями, складами, мастерскими и мануфактурами и
т.д. или тяготеющие к ним.
Москва в начале своего развития также постепенно и доволь-
но свободно вписывалась в рельеф и гидрографическую сеть,
имея свободную радиально-концентрическую планировку, кото-
рая, несомненно, эмпирическим образом учитывала климатиче-
ские особенности территории. Хотя количественная, достаточно
корректная, оценка этого в литературе отсутствует, имеются
многочисленные сведения, служащие иллюстрацией такого уче-
та. Так, в своих сочинениях Амвросий Контарини, венецианский
посол при персидском дворе, проезжавший Москву в 1474 году
при Великой княгине Софье Викторовне (вдове Василия I), пи-
- 14 -
сал, что «...в конце октября река, протекающая посреди Москвы,
покрывается крепким льдом, на котором купцы ставят лавки
свои с разными товарами, устроив таким образом целый рынок,
прекращают почти совсем торговлю свою в городе. Они полага-
ют, что это место, будучи со всех сторон защищено строениями,
менее подвержено влиянию стужи и ветра...» [80].
При Иване Грозном, начавшем масштабные перемены в заст-
ройке и планировке Москвы, всю западную часть города зани-
мало поселение опричников, устроенное на месте ранее суще-
ствовавших разрозненных дворов. Оставлены в этой части горо-
да были лишь дворцовые слободы, церкви и монастыри с прич-
том. Много дворов знати и церквей стояло за современным
Бульварным кольцом, между Москва-рекой и улицей Герцена до
Садового кольца, т.е. также в западном секторе города. В проти-
воположность западной половине города восточная была освое-
на в меньшей степени и заселена преимущественно «черными»
слободами торговцев и ремесленников. Отсюда видно, что уже в
XVI веке западный сектор города был более «престижным» и
«экологически чистым». Среди прочих причин, это может быть
связано с климатическими особенностями местности, в первую
очередь — преобладанием западных ветров, в результате чего
пожары, часто уничтожавшие деревянную Москву, распростра-
нялись по городу с запада на восток.
Из-за сильной скученности и подавляющего преобладания
деревянных строений в Москве того времени, до него и долгое
время после него уничтожению подвергались целые градострои-
тельные кварталы. Основным средством борьбы с огнем было не
тушение горящих зданий водой, а разборка (развал) окружаю-
щих зданий. Приведем описание одного из наиболее опустоши-
тельных и потому известных пожаров, который произошел в
Москве в конце мая 1737 года (при этом пожаре от упавших де-
ревянных конструкций возникло повреждение Царь-колокола,
отлитого лишь за год до этого) [80]. Путь распространения огня
по городу показан на рис. 1.2.
Есть и еще одна интересная закономерность в застройке
Москвы того времени, которая может иметь климатологическое
обоснование. Первое производство кирпича и известкового ра-
створа было организовано (при Иване III) к востоку от центра
города; кузнецы и конюхи пушечного двора были поселены к
северу—северо-востоку от Кремля; для обслуживания опрично-
го двора (см. выше) при его основании к северо-востоку от него
были поселены слободы «кислошников», приготовлявшие для
двора и опричников кислую капусту, огурцы и другие соленья и
- 15 -
Рис. 12. Распространение огня в Москве при пожаре в мае 1737 года1
1 «Загорелось за Боровицким мостом на Знаменке, в приходе ц. Антипия, что у
Колымажского моста, на дворе князя Федора Голицына или Александра Милослав-
ского, в И часов пополуночи... ’
Сильным ветром пламя перекинулось на дворец царевны Екатерины Ивановны
на Волхонке, оттуда в Кремль, где горели потешные конюшни, потешный двор и
царский дворец, также соборы, монастыри и подворья и все коллегии, канцелярии и
цейхгаузы. После этого в Китае-городе ряды, гостиные дворы и монастыри.
В Белом городе горели через Знаменку, Арбатскую, Тверскую, по Петровке и
только те места, которые стояли против Кремля, и не до самого Белого города
[Бульварного кольца], а потом перекинуло через Неглинную... И здесь, начав от
Китая даже по самый Белый город, горело по Рождественке, Сретенке и по Яуз-
ской, кроме одного Пушечного двора, а по Мясницкой и по Покровке, как в Белом
городе, так и в Земляном, горело все и притом выгорели Новая и Старая Басман-
ные улицы, тако ж в Елохове и вся Немецкая слобода [Бауманская ул. с переулка-
ми], и слободской дворец Е.И.В. [Лефортовский дворец], а потом перекинуло на гос-
питаль в Лефортовскую слободу... Пожар продолжался до 4 часов утра 30 мая. По-
горело в Москве церквей, монастырей, богаделен, дворов, бань и проч, всего 12 330,
погорело людей — 94. Зачинщица пожара девка Марфа Герасимова поймана и
28 июня 1737 года при публикации [публично] сожжена».
- 16 -
квасы, а также отдельными дворами «калашники», пекари, изго-
товлявшие калачи. Все указанные производства связаны с выде-
лением взвешенных веществ, продуктов сгорания топлива в пе-
чах и кузницах и резких запахов. Вполне может быть, что раз-
мещение их с подветренной стороны по отношению к Кремлю и
поселениям «государевых людей» было попыткой защиты пос-
ледних от загрязнения атмосферы выбросами.
Таким образом, эмпирический учет природно-климатических
условий привел к началу функционального зонирования естест-
венно сложившейся планировки древнерусских городов, кото-
рая, по утверждению Г.М. Лаппо, есть «...замечательное достиже-
ние градостроительного искусства». То же мнение выражено и в
других исследованиях [71; 72]. К сожалению, регулярная плани-
ровка, последовавшая за реформой 1775—1785 годов, разорвала
прежнюю органическую связь города с местностью и ее природ-
но-климатическими условиями. Последствия этого разрыва все
острее ощущаются в настоящее время, особенно в таких круп-
ных и крупнейших городах как Москва.
1.3. Климатический аспект в истории
градостроительного развития
Перечисленные выше принципы организации застройки и
требования к зданиям, обусловленные климатическими услови-
ями, по мере развития поселений и создания нормативной базы
по строительству вышли из свободного, естественного развития.
К настоящему времени все виды проектной подготовки четко
формализованы, что в определенной степени мешает принятию
проектных решений, в достаточной степени учитывающих по-
требность в оптимизации локальных климатических условий. С
другой стороны, общие принципы градостроительства, зафикси-
рованные в соответствующей нормативной литературе, отчасти
учитывают накопленный исторический опыт и включают ту его
составляющую, которая отвечает найденным эмпирическим
(опытным) путем способам адаптации поселений к климатиче-
ским условиям, в том числе локальным городским и тесно свя-
занным с ними экологическим требованиям.
Выше упоминалось, что с самого начала размещение произ-
водств в Москве имело признаки современного «функциональ-
ного зонирования», учитывало преобладающее направление вет-
ра и организацию необходимого для рассеивания в атмосфере
выбросов территориального разрыва до наиболее густо населен-
ных городских территорий. Эти требования возникали объектив-
- 17 -
но и выполнялись субъектами хозяйственной деятельности ини-
циативно, поскольку планировка Москвы с момента ее основа-
ния и, по крайней мере, до XVII века шла стихийно вокруг
Кремля, являвшегося планировочным центром города.
Появление первых объектов промышленности в Москве,
вызванное необходимостью производства строительных матери-
алов для каменного строительства, может быть отнесено ко вто-
рой половине XV века. В 1485 году началось строительство кир-
пичных стен и башен Кремля в современных границах, внутри 1
Кремля строились Успенский, Благовещенский и Архангельский
соборы, Грановитая палата и др. сооружения. Стоявший во гла-
ве строительства архитектор Аристотель Фьораванти организо-
вал производство кирпича и извести в Калитникове. Необходи- J
мые для производства кирпича глины, вода и дрова могли быть ,
найдены и ближе к месту строительства. По тем временам «пле-
чо возки» от Кремля до Калитников считалось весьма значи-
тельным, однако на меньшем удалении от Кремля и окружаю-
щей его застройки это производство решили не организовывать. :
Другой вид существовавших в Москве во все времена произ-
водств — кузницы — также размещался с соблюдением опреде-
ленных правил. По свидетельству посла Елизаветы Английской в
Москве Джильса Флетчера, относящемуся к 1588 году, «...кузни- '
цы находились на краю города и между ними и жилыми кварта-
лами были свободные пространства» [80]. Эти территориальные
разрывы сейчас мы бы назвали «санитарно-защитными зонами».
В 1647 году при царе Алексее Михаиловиче для ремонта
стен Кремля, Китай-города и Белого города кирпичный завод
был организован в Даниловских сараях под Даниловым мона-
стырем. Позже в XVII веке кирпичные производства Каменного
приказа были устроены за Калужскими воротами и в Хамовни-
ках. И это несмотря на то, что после эпидемии чумы 1654 года,
унесшей более 2/3 населения, в Москве пустовало много земель.
Во второй половине XVII века в Москве начали появляться
мануфактуры по различным отраслям промышленности (сте-
кольные, бумажные, железные, пороховые), размещавшиеся так-
же за городом к востоку от него в Измайлове и Заяузьи.
Административные основы градостроительного регулирова-
ния начали вводиться в России Петром I и были тесно связаны
с его заграничными впечатлениями. Во время своего пребыва-
ния в Европе он посетил следующие крупные города: Ригу, Ке-
нигсберг, Амстердам, Гаагу, Лондон, Дрезден и Вену. Все виден-
ные Петром западноевропейские города имели в планировке
сходство с Москвой. Различие состояло лишь в том, что их ра-
- 18 -
диально-кольцевая планировка осложнялась наличием несколь-
ких центров, выполнявших различные функции, и большим ко-
личеством приближенных к городам предместий [7; 74; 129].
Новым для царя явилась сплошная каменная застройка по глав-
ным городским магистралям, выдержанные линии застройки и
мощение улиц камнем. Такая планировка и застройка не про-
тиворечили природно-климатическим особенностям западных
городов, отличавшихся более мягким и комфортным климатом,
слабее, чем в Москве, выраженными экстремальными погодны-
ми условиями. Тем не менее свои европейские впечатления Петр
решил применить и к российским городам.
Насколько это было разумно, можно судить хотя бы по тому,
как реагировали сами европейцы на комфортность московского
климата. Так, посол австрийского императора Леопольда I в
1661—1662 годах барон Августин Мейерберг писал: «Дом для
нашего помещения отведен был довольно просторный и камен-
ный, что редкость в Москве, потому что большинство москви-
тян живет в деревянных. Только несколько лет назад многие из
них стали строить себе дома из кирпича либо из тщеславия,
либо для того, что безопаснее жить в них от очень частых пожа-
ров. Со всем тем строят себе спальни из сосновых бревен, а для
связи прошивают их мхом, говоря, что известка всегда имеет
вредное свойство для здоровья, что и правда. Тамошние зимние
холода имеют такую пронзительную силу, что пробираются
сквозь самые толстые стены вместе с сыростью и, замораживая
их, покрывают их снеговою корою: это видел я много раз сам».
Таким образом, каменное строительство было вынужденным
в наших условиях, а слепое копирование Петром I западноевро-
пейских приемов планировки и застройки не могло принести
положительных результатов.
Тем не менее Петр начал строительство Петербурга по запад-
ной модели — с разделенными центрами (административным, ду-
ховным, коммерческим), предместьями и сплошным фронтом ка-
менной застройки по главным магистралям. Аналогичные прин-
ципы были заложены и в планы дальнейшего развития Москвы и
других городов для придания им «европейского» вида.
Если строительство Петербурга с самого начала осуществля-
лось по «архитекторскому плану», то в Москве архитектор для
регулирования застройки появился лишь в начале 1720-х годов.
Его планы не охватывали всего города и основывались не на от-
дельных государевых указах по видам или территориям строи-
тельства, а имели общие принципы регулирования, что позволя-
ет говорить о зарождении при Петре I первого Генерального пла-
- 19 -
на для Москвы. При Петре же появилась и «Инструкция» обер-
полицмейстерской канцелярии, ведавшей вопросами строитель-
ства в Москве, в которой кодифицированы все ранее издавав-
шиеся указы и постановления по застройке и благоустройству
Москвы и введено несколько новых. Эту инструкцию можно на-
звать первым аналогом современных норм планировки и заст-
ройки Москвы [48].
К регулированию локальных климатических условий отно-
сятся следующие параграфы этой «Инструкции».
§ 1 обязывал строить по улицам линейно, ... а какою шири-
ною какая улица — по писцовым книгам.
§ 2 обязывал в центре города новые дома строить только ка-
менные.
§ 4 обязывал каменные палаты, построенные по улицам,
смыкать с соседними, для чего при постройке оставлять выхо-
дящие кирпичи.
§ 19 обязывал обращать внимание на благоустройство реч-
ных берегов, положив начало устройству набережных улиц в
Москве.
«Инструкция», состоявшая из 46 параграфов, содержала и
другие положения, прямо или косвенно влияющие на микрокли-
мат городской застройки.
Таким образом, при Петре I был положен конец стихийному
развитию российских городов и начато административное регу-
лирование их планировки. Это привело к прекращению вопло-
щения в застройке принципов, накопленных эмпирически и при-
менявшихся веками для создания комфортных условий прожи-
вания с учетом природно-климатических особенностей мест рас-
селения, и применению норм и правил, заимствованных Петром
в Западной Европе, чей климат намного мягче и комфортнее
российского.
При Петре I в размещении производств сохранилась ранее
сложившаяся тенденция. В 1707 году' был основан казенный «по-
лотняный и скатертный завод» на месте Хамовной слободы. В
том же году казенный зеркальный завод основан на Воробьевых
горах. Но большая часть мануфактур, адрес которых известен, на-
ходилась в восточной части города на Яузе и за ней: бумажный
завод (1707 г.), кожевенный и портупейный двор (1701 г.), чулоч-
ная мануфактура (1705 г.), новый «канатный двор» (1710 г.),
«шляпный двор» и «пильная мельница» (1701—1702 гг.), сахарный
завод (1718 г.), «новый полотняный двор» на Яузе (1720 г.) и др.
Дальнейшее развитие принципа административного регули-
рования планировки и застройки, выводившего Москву из есте-
- 20 -
ственнои связи с природно-климатическими условиями, отрази-
лось в указе от 25 июня 1730 года о застройке большого количе-
ства мест, строения на которых были уничтожены в результате
очередного грандиозного пожара: «Ея Имп. Величество [Анна
Ивановна] указала на погорелых местах в Москве, за Москвою
рекою и у Новинского монастыря строения делать по архитек-
туре и для того заделать по тем местам план, такоже не будет
ли от того по архитектуре строения старому каменному строе-
нию какие переделки».
В этом указе новостью является составление плана для за-
стройки местности и строительство по архитектурным чертежам,
для чего предполагалось переделать и старые каменные, оставши-
еся после пожара здания. На языке современной градостроитель-
ной документации такой план мог бы называться «планом градо-
строительного развития» или «проектом планировки района».
За время царствования Елизаветы Петровны (1741—1761 гг.)
ничего принципиально нового в планировку и застройку Моск-
вы внесено не было. Постепенно расширялись и выравнивались
улицы и переулки, строения возводились согласно введенным
«красным линиям» (термин введен в 1748 г.), но деревянное
строительство по-прежнему преобладало над каменным. Окон-
чательное закрепление планировки и застройки в градострои-
тельной документации состоялось при Екатерине II [81], при
которой был разработан и ею 7 июля 1775 года утвержден «Про-
жектированный городу Москве план», по сути, первый Генераль-
ный план застройки и развития г. Москвы.
Новые Генеральные планы в конце XVIII—начале XIX века
в России получили более 400 губернских городов. Общие прин-
ципы, которым подчинялась их планировка, были достаточно
простыми: регулярность, симметричность, обширные централь-
ные площади правильной конфигурации, прямые широкие ули-
цы. Эти планировочные решения, эффективные для европейской
части страны, с минимальными изменениями применялись и на
остальной ее территории без какой-либо адаптации к природно-
климатическим условиям строительства. Считалось, что просто-
та и универсальность планировки важнее других градоформиру-
ющих факторов. В какой-то степени такой подход себя оправ-
дал. Центральные части многих построенных в то время городов
сохранились до нашего времени.
На этом историческую часть раздела, касающегося архитек-
турно-климатической топологии городских поселений, можно
закончить, поскольку после принятия первого «Генерального
плана» г. Москвы, а вслед за ней — и других городов Россий-
- 21 -
ской Империи, их естественное эволюционирование также за-
кончилось. Планировка и застройка стали подчиняться не зако-
нам саморазвития в рамках специфических для каждой местнос-
ти природно-климатических условий, а другим законам, опреде-
ляемым текущей экономической и социально-политической конъ-
юнктурой без должного внимания к естественным природным
процессам и явлениям, в частности — климатическим условиям.
В СССР управление градостроительными решениями и са-
мой градостроительной деятельностью осуществлялось центра-
лизованно. Поскольку в рамках командно-административной си-
стемы экономические законы не могли полноценно работать как
факторы градостроительных преобразований, а сами преобразо-
вания регулировались системой регламентирующих документов
(СНиПы, территориальные и ведомственные строительные нор-
мы, различные инструкции), природно-климатические аспекты
градостроительства часто просто игнорировались.
Градостроительство в этих условиях подчинялось единому
народнохозяйственному планированию, принципам тотальной
командно-административной экономики, действующим в сфере
оценки прямых затрат, приоритетам промышленного производ-
ства тяжелой индустрии, единым для всей страны принципам
индустриализации массового домостроения. При этом действо-
вал принцип минимизации непроизводственных затрат, распро-
странявшийся на требования к жилищу, отдыху, досугу, туризму
и всей рекреационной деятельности. Все рассчитывалось по
принципам минимизации затрат, экономии ресурсов, создания
условий производства и минимально комфортных условий для
населения. В целом в СССР происходило противоестественное,
противоречащее истории градостроительства централизованно-
государственное формирование застройки в городах и селах [3].
К этому следует добавить, что централизованно велось и
проектирование жилых и общественных зданий. Типовые про-
екты для различных регионов РСФСР и всего СССР разраба-
тывали в Москве, Ленинграде, Киеве, Ташкенте. То, что проек-
тировалось в Москве, должно было строиться на Дальнем Во-
стоке, в Сибири, на Северном Кавказе. Естественно, при таком
проектировании возникали строительные решения, мало учиты-
вающие местные природно-климатические условия.
Для застройки Москвы советского времени был характерен
отказ от замкнутых дворовых пространств и переход к рассредо-
точенной, прежде всего — строчной застройке. Массовая заст-
ройка велась одним—двумя типами индустриальных жилых до-
мов, освоенных ДСК. Предельно упрощенной была и организа-
- 22 -
ция культурно-бытового обслуживания населения. Такая заст-
ройка характеризовалась схематичностью, однообразием и низ-
кой комфортностью.
Тем не менее некоторые признаки учета климатических ус-
ловий в планировке Москвы того времени все же прослежива-
ются. Эти черты, унаследованные от исторической планировки,
в Генеральном плане 1971 года реализованы в виде так называе-
мых «вентиляционных полос» для обеспечения воздухообмена
города с пригородами и «климатических зон» для улучшения
экологических условий. Большую часть этих полос и зон пред-
полагалось освободить от источников загрязнения атмосферы.
Значительное внимание также уделялось озелененным терри-
ториям. Существующие лесные массивы пригородов предполага-
лось расширить и создать единую систему зеленых насаждений,
включающую ЛПЗП (Лесопарковый защитный пояс), городские
леса и лесопарки, а также скверы и бульвары смежных с ними
селитебных территорий. Таким образом планировалось создать
непрерывную единую систему зеленых насаждений, играющую
средозащитную функцию, в том числе и функцию создания бла-
гоприятных климатических условий на территории города.
Эти же градостроительные намерения сохранены в действу-
ющем в настоящее время Генеральном плане развития Москвы
на период до 2020 года. Однако их реализация как на общего-
родском уровне, так и на уровне отдельных микрорайонов и тер-
риторий природного комплекса оставляет желать лучшего.
Глава 2
Климат и местные климатические особенности
2.1. Основные понятия о климате и погоде
Состояние атмосферы у земной поверхности, а также в бо-
лее высоких слоях атмосферы, вовлеченных в хозяйственную
деятельность (радио- и телемачты, высотные здания, воздушный
транспорт), называется погодой [4; 86]. Б любом месте Земли
погода в разные периоды времени находится в различных состо-
яниях. Это происходит в результате протекающих в атмосфере
циркуляционных процессов, постоянно меняющих погоду. Ха-
рактеристики погоды, такие как температура и влажность воз-
духа, облачность, атмосферные осадки, направление и скорость
ветра, носят название метеорологических элементов. Под режи-
мом погоды понимается смена периодов с различными типами
- 23 -
погоды, обусловленная переносом в данный географический
район воздушных масс различного происхождения и их транс- j
формацией. Так, например, приходящие на Русскую равнину i
воздушные массы могут быть разделены на воздушные массы
морского и континентального происхождения, термическое со-
отношение которых меняется в зависимости от времени года: в
холодную часть года морские массы теплее континентальных, в
теплую часть года — наоборот; в соответствии с этим меняется !
набор типов погоды в холодном и теплом полугодии. ;
При всех различиях погоды отдельных дней, месяцев и лет в
каждой местности можно различать вполне определенный климат. ;
Климатом называют совокупность атмосферных условий (погод),
присущую данной местности в зависимости от ее физико-геогра-
фического положения. Под физико-географическим положением
подразумеваются не только широта, долгота и высота над уров-
нем моря, но и рельеф, положение относительно водных объек-
тов, почвенный, растительный покровы, другие особенности под- ;
стилающей поверхности и ландшафта, оказывающие устойчивое .
влияние на состояние приземного слоя атмосферы. •'
Основными причинами формирования специфичных для той
или иной территории климатических условий являются особен-
ности атмосферной циркуляции, определяющие сезонный ход и
повторяемость синоптических ситуаций на этой территории, а ;
также ее способность создавать собственные, более мелкие цир-
куляционные механизмы, трансформируя свойства приходящих
на эту территорию воздушных масс.
В городах трансформация воздуха связана, главным образом,
с изменением структуры теплового баланса, приводящего к по-
ступлению в приземный слой атмосферы определенного коли-
чества тепловой энергии. Поэтому достаточно большие по пло-
щади застроенные территории формируют особые климатиче-
ские условия, отличные от климатических условий окружающих
их природных ландшафтов. Городской климат оказывает воздей-
ствие на население и, практически, на все виды хозяйственной
деятельности — строительство и эксплуатацию зданий, дорог,
мостов, инженерных сетей (в первую очередь — канализации и
теплоснабжения).
Важнейшими с точки зрения архитектурно-климатического
анализа климатическими характеристиками являются: солнечная
радиация (прямая и рассеянная); температурно-влажностный
режим; облачность и количество осадков; направление и ско-
рость ветра, характер его порывистости и повторяемость штилей.
Эти климатические параметры в комплексе и каждый сам по
- 24 -
себе влияют на режим и условия эксплуатации зданий, соору-
жений, инженерной и транспортной инфраструктуры города.
Если говорить о влиянии микроклимата на человека, нахо-
дящегося на открытом пространстве расположенной в умерен-
ном климате городской застройки, то существенным является не
тот или иной климатический фактор в отдельности, не то или
иное его состояние, а такая объективная реальность как погода,
т.е. сочетание многих метеорологических факторов в совокупно-
сти, воздействующих на человека и определяющих его состоя-
ние. Поэтому с физиологической точки зрения наиболее важной
является характеристика климата местности через возможный
набор и вероятность повторения тех или иных погод. Такой под-
ход к климатическому анализу, будучи разделом общей клима-
тологии, получил название «комплексной климатологии» [25].
С физиологической точки зрения можно говорить о двух пу-
тях воздействия погоды на человека. Первый — это ее влияние
на тепловое состояние человека, второй — ее воздействие на
психику. Последнее возможно даже в том случае, если человек
непосредственно не подвергается воздействию погоды. Это обус-
ловлено сложным комплексом условно-рефлекторных и психи-
ческих реакций, в основе которых лежат ограничение свободы
пребывания на открытом воздухе, либо страх перед стихийными
силами природы. Такие тепловые состояния не относятся к
предмету архитектурно-климатического анализа. Воздействие на
тепловое состояние — это объективное взаимодействие организ-
ма с окружающей средой за счет теплообмена, характеризующе-
еся степенью напряжения механизма.его терморегуляции. Прин-
ципы нормирования этого процесса с позиций архитектурно -
климатического анализа подробно будут изложены в части 2 на-
стоящей книги.
Исходя из необходимости оценки сразу всего комплекса кли-
матических характеристик, их часто объединяют в одну величи-
ну, учитывающую степень влияния того или иного метеоэлемен-
та на человека и городскую среду. Такие характеристики, к кото-
рым относятся эффективная и радиационная температуры, по-
казатель комфортности и ряд других, получили название «ком-
плексных климатических показателей». Наиболее простые ком-
плексные показатели учитывают воздействие всего двух метео-
элементов, как правило, температуры и скорости ветра. Но есть
и более сложные показатели, учитывающие, например, радиаци-
онный баланс или повторяемость и продолжительность различ-
ных типов погод и неблагоприятных погодных явлений (тума-
нов, инверсий и др.).
2.2. Город и климатические масштабы
Городская климатология, как самостоятельное направление в
прикладной климатологии, начала развиваться около 50 лет на-
зад. Ее развитие было направлено, прежде всего, в сторону изу-
чения взаимодействия окружающей среды и городских структур
в ходе антропогенного преобразования естественных природно-
климатических условий на территориях, занятых городской за-
стройкой. Одна из основных задач городской климатологии —
применение теории климата и климатообразования к нуждам
городского планирования и архитектуры. Взаимодействие город-
ской климатологии и градостроительства идет во встречных на-
правлениях. С одной стороны, развитие городской среды приво-
дит к изменению климатических условий, с другой стороны —
климатические условия включаются в процесс принятия градо-
строительных и архитектурно-строительных решений.
Для систематизации исследований и их применения к нуж-
дам хозяйственной деятельности в климатологии используется
понятие климатических масштабов. Основными являются мак-
ро-, мезо- и микро- масштабы {табл. 2.1). Макромасштаб при-
меняется в метеорологии и климатологии для изучения процес-
сов и явлений, по размерам сопоставимым с полушарием или
крупными его регионами (морями, континентами), он является
слишком крупным и в архитектурно-климатическом анализе не
используется. В городской климатологии с учетом масштабов
исследуемых ею явлений и их применимости к городским объек-
там различного уровня введен дополнительный промежуточный
«местный» масштаб — субмезомасштаб (рис. 2.1).
Под мезомасштабными изменениями климата обычно пони-
мают процессы, происходящие под влиянием крупного города
или какой-либо территории — крупного озера, долины реки, гор-
ного массива и т.п. О климате Москвы в целом говорят как о
мезоклимате, о климате отдельных районов, кварталов, город-
ских лесопарков — как о субмезоклимате, о климате отдельных
внутридворовых пространств — как о микроклимате.
Местный масштаб (субмезомасштаб) — масштаб, характери-
зующий климат в пределах кварталов с одинаковой интенсивно-
стью градостроительного использования, сходными морфотипом
застройки, рельефом, единой системой зеленых насаждений, т.е.
территорию с повторяющимися схожими микроклиматическими
условиями. Типичная размерность этого масштаба — от первых
сотен метров до нескольких километров.
Каждый участок застройки и отдельные строительные объек-
ты имеют на своей территории и в непосредственной близости
- 26 -
от нее собственный микроклимат. Температура воздуха и отдель-
ных поверхностей в пределах этого участка могут изменяться на
несколько градусов в разных точках на незначительном удале-
нии друг от друга, и даже небольшие препятствия могут вносить
заметные возмущения в потоки воздуха. Для описания клима-
тических процессов такой размерности используется микромас-
штаб. Микроклиматический масштаб сопоставим по размерам с
отдельными зданиям, деревьям или их небольшими группами,
садами, скверами, улицами. Характерная размерность — от 1 м
до первых сотен метров, в зависимости от контрастности физи-
ческих свойств подстилающей поверхности и размеров разме-
щенных на ней зданий и сооружений.
В дальнейшем, говоря о воздействии климата на человека,
мы сочли необходимым употреблять термин «микроклимат»,
поскольку это воздействие или какие-либо его частные особен-
ности в городской среде в большинстве случаев носят локаль-
ный характер и имеют пространственное разрешение от санти-
метров до нескольких десятков метров.
б) Местный масштаб
(субмезомасштаб)
ШПф»- приземный
слой
инерционный
слой
; —слой
У >1лерохов5
CAB3,x£k, у
Рис. 2.1. Схематизация климатических масштабов и элементов ат-
мосферы для условий города
ППС — планетарный пограничный слой атмосферы; ГПС — городской
пограничный слой; ПСЕУ — пограничный слой для естественных ус-
ловий; САВЗ — слой атмосферного воздействия внутри застройки
в) Микромасштаб
Г
±
САВЗ
слой
шероховатости^
- 27 -
Таблица 2.1. Масштабы климата [132]
Масштаб Характерные величины, м .
Микро- Местный Мезо- Макро- IO’2 ... 103 102 ... 5x104 104 ... 2х105 105 ... 108
2.3. Пространственная неоднородность
городского микроклимата i
Характеристики микроклимата в городских условиях опреде- <
ляются целым комплексом метеорологических элементов, каж-
дый из которых изменяется под воздействием застройки. К ос-
новным метеоэлементам, влияющим на биоклиматические пока-
затели городской среды, относятся интенсивности солнечной i
радиации и теплового излучения ограждающих конструкций
зданий и рельефа (радиационный баланс), температура и влаж- ;
ность воздуха, скорость ветра. Наиболее общие закономерности
изменения этих микроклиматических характеристик в застрой-
ке были описаны выше. Для удобства выполнения комплексной
микроклиматической оценки застройки эти изменения, с учетом
критериев оценки комфортности климатических условий, при- }
ведены в табл. 2.2. Для конкретных случаев отдельных групп j
зданий в зеленых насаждениях и т.д. оценка микроклиматиче- j
ских изменений должна выполняться отдельно на основе специ- 4
ально разработанных методов и установленных общих законе- '
мерностей. Предварительно для такой оценки могут использо-
ваться данные наблюдений метеостанций. Для частных случаев
и конкретных участков застройки оценка микроклиматических .
условий выполняется по результатам специального натурного
обследования методами математического моделирования.
Б зарубежной и отечественной практике градостроительства
применяется климатическая классификация отдельных морфо-
логических единиц города — городских ландшафтов, выполнен-
ная с позиций архитектурно-климатического анализа. Эта клас-
сификация основана на определении характерных для того или
иного морфотипа застройки климатических параметров. Выде-
ляемые при этом микроклиматические типы застроек, имеющие
выраженные особенности ветрового и температурного режима,
характер распределения осадков и другие микроклиматические
особенности, получили название «климатопы». Указанные осо-
бенности определяются морфометрическими характеристиками
- 28 -
застройки, характером благоустройства ее территории и интен-
сивностью техногенной нагрузки на окружающую среду, прежде
всего — количеством потребляемых энергоресурсов.
В градостроительной практике построение топологических
карт климата выполняется на стадиях Генерального плана и гра-
достроительных концепций развития крупных городских терри-
торий. В качестве исходных данных для такого картографирова-
ния используются топографические основы местности, схемы
функционального, градостроительного и ландшафтного зониро-
вания, аэрофотоснимки. Однако в городе границы климатопов
не обязательно совпадают с линиями градостроительного регу-
лирования или границами географических ландшафтов. В силу
особенностей атмосферных процессов и подвижности атмосфер-
ного воздуха как среды, несущей основные климатические при-
знаки, а также из-за различия в размерах переходных зон между
тем или иным климатопом, расхождение границ климатопов с
другими формально установленными границами может состав-
лять до 100 м.
Таблица 2.2. Основные закономерности изменения микроклима-
та в застройке
Климатические характеристики Закономерности формирования микроклимата (по отношению к загородным условиям)
Солнечная радиация Снижение до 20% в зависимости от загрязнения воз- духа, времени года и суток, высоты окружающих зданий
Температура воздуха Повышение на 1—4°С в зависимости от плотности* застройки, относительной площади искусственных покрытий и зеленых насаждений, условий проветри- ваемости
Скорость ветра Снижение на 20—70% в среднем по территории в за- висимости от плотности застройки: в застройке плотностью до 20% — до 20%, плотностью 20—30% — на 20—50%, плотностью более 30% — более чем на 50%. Усиление порывистости и контрастности поля скорости
* Под плотностью застройки понимается отношение площади, занятой
зданиями, к общей площади участка.
В -табл. 2.3 в качестве примера приведены климатопы, выде-
ляемые в крупных городах Германии [103]. Всего были выделе-
ны 11 основных типов климатопов, которые получили свои на-
звания, в основном, по типу и интенсивности использования
- 29 -
Таблица 2.3. Некоторые микроклиматические типы застроек (климатопы)
Городская климатическая зона (климатоп) Визуальный облик Aspect ratio (В/Ш)* Плотность искусственных покрытий, %**
Высокоплотная застройка повышенной этажности, коммерческо-деловые центры 1 1 R IL |.| I ж ж ай ARI >2 >90
Высокоплотная средне- и малоэтажная застройка, историческая застройка 111 suit. 1 aL P и ® 1,0-2,5 >80
Среднеплотная среднеэтажная, преимущественно жилая застройка 0,5-1,5 65—85
Высокоплотная средне- и малоэтажная застройка промышленно-коммунального и торгового назна- чения (гаражи, склады, супермаркеты и т.д.) 0,05-0,2 75-95
Низкоплотная малоэтажная застройка (таунхаусы, коттеджные поселки) 0,2-0,6 35-65
Смешанная контрастная низкоплотная застройка с высокой долей озеленения (институты, больницы, спорткомплексы) 0,1-0,5 <40
Пригородная зона с отдельно стоящими зданиями >0,05 <10
* Aspect ratio — отношение средней высоты зданий и сооружений (в ряде случаев — и деревьев) к характерному рассто-
янию между ними. В примагистральной застройке — средняя высота фронта зданий к ширине улицы. ** Отношение
площади проекции зданий и водонепроницаемых поверхностей к общей площади участка.
территории. Для разных по физико-географическому положе-
нию городов абсолютные значения климатических характери-
стик в одних и тех же климатопах могут различаться. Однако
их общими признаками, позволяющими провести климатичес-
' кую типизацию и выделить климатопы, являются характер и
j степень отклонения климатических условий от естественных для
I того или иного ландшафта или застройки. В числе наиболее ти-
। пичных климатопов есть как исключительно городские, так и ес-
* тественно-природные — водный, лесной и луговой климатопы,
: которые также иногда встречаются на территории городов или в
! непосредственной близости от них.
Водный климатоп, приурочены# к достаточно большим по
! площади открытым водным поверхностям, оказывает сглажива-
i ющее влияние на температурный режим прилегающих террито-
- рий. В теплое время года воздух над водной поверхностью в
; дневное время обычно прохладнее, чем над сушей, ночью, наобо-
: рот — теплее. Этот климатоп характеризуется высокими значе-
\ ниями влажности воздуха и скорости ветра.
i Луговой климатоп, в отличие от водного, характеризуется
? большой суточной и сезонной амплитудой температуры и влаж-
ности воздуха и практически не влияет на воздушный поток. Он
. присущ обширным лугам и сельхозугодьям — незалесенным или
; при небольшом количестве произрастающих на них деревьях. В
f; вечерние и ночные часы этот климатоп является источником
• прохладного свежего воздуха для окружающей его территории.
Лесной климатоп отличается сглаженными суточными и го-
;; довыми ходами температуры и влажности воздуха. В дневное
к время температура воздуха в приземном слое здесь ниже, а
' влажность — выше, чем на открытом пространстве, в результате
затенения рельефа и активной транспирации влаги растительно-
стью. Кроме того, кроны деревьев являются естественным филь-
тром, очищающим воздух от загрязнения. Основной функцией
лесного климатопа является улучшение микроклимата и регене-
рация воздуха, обеспечение соответствующего качества среды
загородных мест организованного отдыха и реабилитации насе-
ления.
Климатоп лесопарков, входящих в границы городской терри-
тории, выполняет роль буфера, отделяющего жилые кварталы от
производственных зон и крупных транспортных магистралей и
сглаживающего суточные экстремумы температуры и влажности
воздуха. В летнее время эти территории служат источником от-
носительно прохладного свежего воздуха для прилегающей зас-
тройки. Зеленые массивы большой протяженности могут играть
- 31 -
роль вентиляционных каналов, обеспечивающих поступление. .,
воздуха из пригородных зон или городских лесов.
Климатоп «города-сада» — это тип местного климата, харак- J
терный для территорий с низкоплотной малоэтажной застрой-
кой при высокой доле озеленения. Его климатические парамет- -
ры аналогичны параметрам лугового климатопа, отличие заклю- |
чается в менее заметном понижении температуры воздуха в ноч-.:
ные часы и более заметном снижении средней скорости ветра.
Климатоп жилых районов выделяется, в основном, в райо-
нах средней периферии с застройкой средней и высокой плот- ;
ности со сплошным фронтом зданий вдоль магистралей и озеле-
ценными внутридворовыми пространствами. Аналогичный тип
климата может формироваться в средне- и низкоплотной 5-этаж- =
ной застройке с высокой долей озеленения. На этих территори- j
ях ночное выхолаживание выражено слабо, воздухообмен с при- i
летающей территорией затруднен, скорости ветра по сравнению
с открытыми пространствами сильно снижены.
Климатоп плотной контрастной застройки получил название -
«городского климатопа», поскольку имеет наиболее типичные \
для городского климата черты. Этот климатоп выделяется на ;
территории плотной и высокоплотной застройки, включающей, 'i
в том числе, высотные здания, с низкой долей озеленения. Для *
этой территории характерны резкий дневной перегрев воздуха и ;
его слабое остывание в ночные часы, что приводит к формиро-
ваншо «острова тепла» на фоне низкой влажности воздуха по
сравнению с пригородными районами. Застройки этого типа :
сильно снижают скорость ветра в приземном слое, затрудняют
воздухообмен с прилегающими территориями и вышележащими
слоями атмосферы. В то же время на территории городского
климатопа могут формироваться зоны струйных течений вдоль
улиц и участки с контрастными скоростями ветра при обтека-
нии воздухом отдельных зданий.
Климатоп исторической застройки формируется в плотной
малоэтажной застройке с низкой степенью озеленения и высо-
кой долей искусственных покрытий. Для него характерны замк-
.нутые и полузамкнутые внутридворовые пространства и сплош-
ной фронт застройки улиц, имеющих, как правило, небольшую
ширину. Это определяет главную особенность климатопа — его
низкий аэрационный потенциал (воздухообмен с окружающим
пространством). Влияние на температурный фон в исторической
застройке состоит в заметном повышении дневных температур
и слабо выраженном смягчении их ночных минимумов в при-
земном слое атмосферы.
-32-
Среди морфотипов московской исторической застройки этот
климатоп сильнее всего выражен на территориях периметраль-
но-компактной застройки рубежа XIX—XX веков с включения-
К ми зданий середины XX века, формирующих непрерывный 5—
№ 7-этажный фронт застройки по периметру кварталов и высоко-
плотную, скомпонованную по периметру границ исторических
домовладений застройку внутри кварталов.
В Климатоп деловых центров пока не имеет широкого распро-
странения на территории Москвы и других крупных городов
В России. Он формируется в условиях современной высокоплот-
В ной, практически лишенной озеленения застройки, состоящей из
» высотных зданий, расположенных на минимальном расстоянии
В друг от друга. Характеризуется устойчивым в течение суток и
L года повышенным температурным фоном и низкой влажностью
г воздуха. Скорость ветра в приземном слое атмосферы имеет
| очень низкие значения, однако влияние такой застройки просле-
L живается до больших высот, распространяясь далеко за пределы
I ее границ.
г; Климатоп коммунально-складских зон — тип местного кли-
| мата, формирующегося на территориях с низкой долей озелене-
к ния, плотно застроенных малоэтажными зданиями производ-
; ственного и коммунального назначения (склады, цеха, супермар-
' кеты, гаражи) и с большой долей искусственных покрытий. На
таких территориях днем интенсивно развивается остров тепла, а
ночью возможно переохлаждение воздуха по сравнению с есте-
ственными условиями из-за его низкой влажности и повышен-
ного коэффициента излучения подстилающей поверхности.
Поле скорости ветра характеризуется высокой контрастно-
стью — наряду с зонами застоя воздуха формируются зоны по-
стоянно высоких скоростей ветра, но в среднем для территории
скорость ветра мало отличается от фоновой.
Климатоп производственных зон, в отличие от предыдущего
климатопа, формируется на территориях производственных зон
сравнительно старой застройки, где здания имеют большую
этажность и плотность и завершаются скатными кровлями. Сте-
пень озеленения здесь крайне низкая, а не занятая застройкой
территория почти полностью покрыта искусственными покры-
тиями. Такая застройка имеет большую тепловую инерцию и
выделяет в атмосферу большое количество тепла техногенного
происхождения. В суточном и годовом ходе метеовеличин про-
слеживаются повышенный температурный фон и низкая влаж-
ность воздуха. Воздухообмен затруднен, скорости ветра всегда
ниже средних по городу.
- 33 -
Как самостоятельный тип выделяется климатоп транспортных
магистралей. При достаточной ширине (более 50 м) автомобиль-
ных и железнодорожных магистралей на их территории могут
формироваться специфические условия ветрового и температур-
ного режимов. Днем поверхность магистралей перегревается, а но-
чью быстро остывает, становясь холоднее поверхности естествен-
ного рельефа. Однако температура воздуха ночью выше фоновой
в связи с интенсивной эмиссией техногенного тепла. Территории
крупных транспортных магистралей хорошо проветриваются и
сами часто служат «коридорами проветривания» для прилегаю-
щих районов. При определенных типах примагистральной заст-
ройки ветер, дующий вдоль магистралей, может даже усиливать-
ся по сравнению с фоном (эффект ветрового «каньона»).
В отечественной практике градостроительства климатическая
типизация застроек и микроклиматическое картографирование
территории городов еще не получили широкого распростране-
ния, многие вопросы находятся в стадии проработки, несмотря
на очевидную актуальность такого подхода к формированию
благоприятной в экологическом и биоклиматическом отношении
городской среды.
Глава 3
Особенности радиационного
и теплового балансов в городе
3.1. Структура теплового баланса
Аномалии в структуре теплового баланса подстилающей по-
верхности являются основными причинами формирования спе-
цифических мезо- и микроклиматических условий. На террито-
рии городов такие изменения выражены особенно сильно и име-
ют свою специфику по сравнению с естественными природны-
ми ландшафтами. Количественные характеристики этих измене-
ний зависят от размера города, преобладающих морфотипов за-
стройки и природно-климатических условий, в которых город
расположен. Поскольку для различных городов упомянутые ха-
рактеристики могут различаться, ведущие причины изменения
теплового баланса также могут быть различными.
Схематическая структура теплового баланса деятельного
слоя (ДС) представлена на рис. 3.1 и в общем виде может быть
записана в виде уравнения:
Вт = BR + Ед — Е3 ± Р ± ЕЕ + £)д ± а, (3.1)
- 34 -
где: Вт — тепловой баланс (итог) всех тепловых потоков на по-
верхности ДС; BR — баланс коротковолновой радиации; ЕА —
встречное длинноволновое излучение атмосферы; Е3 — длинно-
волновое излучение поверхности ДС; Р — контактный теплооб-
мен деятельного слоя земной поверхности (ДС) с атмосферой;
LE — скрытый теплообмен, обусловленный фазовыми перехода-
ми воды (испарение и конденсация) на поверхности ДС; QA —
техногенный тепловой баланс; а — теплообмен с нижележащи-
ми слоями почвы (воды, грунта и т.д.).
В среднем за год величину Вт для участка суши в естествен-
ных условиях можно считать равной нулю, т.е. количество на-
копленного за год тепла в теплый период равно количеству теп-
ла, переданного в окружающее пространство в холодный период
года. В границах территорий, вовлеченных в хозяйственную де-
ятельность, поступление тепла происходит не только за счет
притока солнечной радиации, но и за счет антропогенного фак-
тора — использования энергоресурсов. В городах это использо-
вание тепла, электроэнергии и моторного топлива на отопление
и горячее водоснабжение. Вынос этого дополнительного тепла за
городскую черту может происходить как посредством естествен-
ных механизмов (атмосферный перенос, поверхностный сток),
так и через системы канализации.
Изменение теплозагтаса подстилающей поверхности, испарение, вынос тепла со сточными водами
Рис. 3.1. Схема составляющих теплового баланса городской застройки
Основным климатообразующим фактором в естественных
условиях является радиационный баланс [31]. Он определяет
- 35 -
формирование характерных для той или иной местности воз-
душных масс, их трансформацию, глубину сезонных изменений
температуры почвогрунтов, температуру поверхности почвы, ис-
кусственных покрытий и стен зданий, скорость испарения и ряд
других важных эколого-климатических характеристик местности
[23; 77]. Для поверхности деятельного слоя уравнение радиаци-
онного баланса записывается в следующем виде:
BR = (S + D)x(l - А) + ЕА - Е3, (3.2)
где: S — прямая солнечная радиация, приходящая на поверх-
ность ДС; D — рассеянная солнечная радиация, приходящая на
поверхность ДС; А — альбедо (отношение отраженной радиации
к суммарной радиации, приходящей на какую-либо поверх-
ность); ЕА - Е3 — баланс длинноволновой радиации (эффектив-
ное излучение Земли).
В течение большей части года (за исключением ноября-фев-
раля, иногда октября—марта) в Московском регионе радиацион-
ный баланс положителен. Это означает, что в целом земная по-
верхность получает лучистого тепла больше, чем отдает его в
атмосферу и мировое пространство [79].
На территории города все составляющие радиационного ба-
ланса изменяются под воздействием естественных причин
.(рельефа, характера зеленых насаждений) и хозяйственной де-
ятельности — прямая солнечная радиация ослабляется за счет
увеличения содержания в воздухе аэрозолей, химического за-
грязнения атмосферы и увеличения общей облачности; рассе-
янная солнечная радиация, напротив, увеличивается за счет тех
же факторов; альбедо поверхности изменяется в результате
строительства искусственных поверхностей, применения отде-
лочных и кровельных материалов с поглощающими и отража-
ющими свойствами, отличающимися от естественных поверх-
ностей.
3.2. Влияние рельефа на распределение солнечной радиации
Одной из основных причин неравномерности распределения
солнечной радиации является рельеф местности. Склоны разной
крутизны и ориентации получают различное количество солнеч-
ного тепла. Южные склоны во все месяцы получают радиации
больше, чем горизонтальная поверхность, причем с увеличением
крутизны склона приход радиации растет. На широте Москвы
южные склоны крутизной 10—20’ получают тепла, в среднем за
год, на 10—30% больше, чем горизонтальная поверхность. В ве-
- 36 -
К сепние и осенние месяцы разница в приходе радиации к скло-
Б лам увеличивается, достигая своего максимального значения в
| зимние месяцы. В холодное полугодие в Москве на южные скло-
| ны поступает солнечной радиации в 1,5—1,6 раза больше, чем на
г Горизонтальную поверхность.
К Северные склоны в течение всего года получают прямой сол-
I печной радиации меньше, чем горизонтальная поверхность. Так,
I в июне в средних широтах северные склоны крутизной 10“ по-
I лучают, в среднем, 92% от радиации, приходящей к горизонталь-
Г ной поверхности. В зимнее время на склоны северной экспози-
I ции крутизной 10° на широте Москвы поступает солнечной ра-
l диации всего 25—60% от значений, приходящихся на горизон-
Е тальную поверхность. С увеличением крутизны склонов север-
Г ной экспозиции приход радиации к ним снижается. Так, для
г склонов крутизной 20° поступление солнечной радиации в июне
| составляет 80—90% от суммы радиации, приходящей на горизон-
Г тальную поверхность. Северные склоны такой крутизны в Моск-
₽ ве начинают получать солнечную радиацию с февраля.
Различия в количестве тепла, получаемого склонами разной
экспозиции, отражаются, прежде всего, на термическом режиме
( деятельной поверхности. Максимальные микроклиматические
. различия за счет экспозиции склонов наблюдаются в сентябре,
что обусловлено не только большими различиями в поступле-
нии солнечного тепла на склоны (они примерно такие же как
весной), но и общим прогреванием подстилающей поверхности
за лето. Разность дневных температур деятельной поверхности
между северными и южными склонами в весенний и осенний
периоды, когда отмечаются наибольшие микроклиматические
различия, представлена в табл. 3. У. Из этой таблицы видно, что
на широте Москвы южные склоны крутизной 10° весной более
чем на 3°С, а осенью — на 4°С, теплее северных. Еще большие
различия из-за неравномерности получения солнечной радиации
возникают в термическом режиме склонов крутизной 20°С. Вес-
ной южные склоны на 5, а осенью на 9°C теплее северных.
Таблица 3.1. Разность дневных температур естественной поверх-
ности между северным и южным склонами на широте Москвы
Крутизна склонов, град.
10 20 10 20
весна осень
более 3°С 5-ТС 4—5°С 9—1ГС
- 37 -
Различия в дневной температуре деятельной поверхности за
счет экспозиции склонов определяются характером изменения
радиационного баланса, который на южных склонах больше, а
на северных — меньше, чем на открытом ровном месте. Измене-
ние радиационного баланса является главной причиной перерас-
пределения составляющих теплового баланса на северных и юж-
ных склонах, что приводит к различию их микроклиматических
условий, которые выражаются в дате схода и характере залега-
ния снежного покрова, промерзаемости почвы, продолжительно-
сти вегетационного периода. Эти различия необходимо учиты-
вать при размещении застройки на склонах различной экспози-
ции, при зонировании придомовой территории, разработке про-
ектов озеленения и благоустройства дворовых пространств и
других городских территорий.
3.3. Изменение суммарной солнечной радиации
в городе
Количественно оценить изменение сумм прямой и рассеян-
ной солнечной радиации в реальной безоблачной атмосфере за
счет влияния ее загрязнения над городом можно, сопоставив
значения, измеренные в черте города и в пригороде.
Для Москвы эта задача может быть решена сравнением ре-
зультатов актинометрических наблюдений Метеорологической
обсерватории МГУ, метеостанции им. С.И. Небольсина, распо-
ложенной недалеко от Южного Бутова, или метеостанции Под-
московная, расположенной примерно в 20 км к западу от Моск-
вы. По данным многолетних наблюдений, прямая солнечная ра-
диация, измеренная в МО МГУ при диске Солнца, не закрытом
облаками, в суточном ее ходе в среднем на 8% меньше, чем за.
городом [1]. Наибольшие различия отмечаются при низком
Солнце (утро и вечер), когда лучи Солнца проходят большую
толщину атмосферы при менее развитой вертикальной конвек-
ции в приземном слое атмосферы, уменьшающей мутность ее
нижних слоев.
В среднем за год горизонтальная поверхность, расположенная-
в черте города, может получать прямой солнечной радиации при
безоблачном небе 4095 МДж/м2, в Подмосковье — 4461 МДж/м2.
Зимой суммы прямой солнечной радиации при ясном небе в
Москве меньше, чем в пригороде, на 20% (56]. Наименьшие раз-
личия — 8—-10% — наблюдаются в околополуденные часы, наи-
большие — на закате и сразу после восхода Солнца (рис. 3.2,
табл. 3.2).
' а
- 38 -
Таблица 3.2. Прямая солнечная радиация при безоблачном небе
и различных высотах Солнца (МДж/м2) в городе (МГУ) и при-
городе (ст. им. С.И. Небольсина)
Высота Солнца, град. МО МГУ ст. им. С.И. Не- больсина 1 Нср /о I Ммин/ Нмин % Ммакс/ I Нмакс %
Мер Ммин I Ммакс %Иср г Имин I Нмакс
5-10 0,34 0,08 0,72 0,40 0,08 0,70 85 100 103
10-15 0,47 0,09 0,82 0,51 0,11 0,91 92 82 90
15-20 0,57 0,10 0,83 0,59 0,14 0,87 97 71 95
20-25 0,63 0,20 0,89 0,68 0,18 0,98 93 111 91
25-30 0,68 0,24 0,91 0,74 0,41 0,96 92 56 95
30-35 0,71 0,24 0,93 0,77 0,29 0,99 92 83 94
35-40 0,73 0,35 0,97 0,79 0,43 1,06 92 81 92
40-45 0,75 0,42 0,94 0,80 0,52 1,07 94 81 88
45-50 0,77 0,37 1,01 0,83 0,52 1,03 93 71 98
50-55 0,79 0,36 1,02 0,84 0,61 1,03 94 59 99
55—60 0,82 0,54 1,01 0,87 0,57 1,10 94 95 92
При средних условиях облачности
При ясном небе
4 6 8 10 12 14 16 18 20
Часы суток
Рис. 32. Суточный ход прямой солнечной радиации (S): 1 — ст. Под-
московная., 2 — МО МГУ (по данным [56])
4 6 8 10 12 14 16 18 20
Часы суток
Наименьшие различия в прямой солнечной радиации между
городом и пригородом наблюдаются в летнее время. За три лет-
них месяца их разница в Москве составляет лишь 3—4%. В теп-
лое время года примеси, поступающие в атмосферу с поверхно-
сти города, в результате интенсивного перемешивания воздуха
поднимаются на большую высоту и выносятся за городскую чер-
ту. В результате атмосфера самого города очищается, а воздух в
пригородах загрязняется, что приводит к некоторому выравни-
ванию техногенного воздействия на фактор мутности атмосфе-
- 39 -
??
ры. Также отмечено, что в утренние часы летом (особенно в
июне—июле) прямая солнечная радиация в Подмосковье может ;
быть даже меньше, чем в Москве, т.к. в эти часы в городе реже .
наблюдаются туманы и дымка из-за пониженной относительной
влажности воздуха. J
В реальных условиях ослабление прямой солнечной радиаций j
происходит не только за счет ухудшения прозрачности атмосфе-
ры над городом, но и за счет увеличения в городе балла общей и i
нижней облачности. Для количественной оценки этих изменений •
сравним суммы прямой солнечной радиации при ясном небе и "
суммы прямой солнечной радиации при средних условиях облач-
ности, полученные как разность между суммарной и рассеянной
радиацией при средних условиях облачности (рис. 33}.
Рассеянная радиация при безоблачном небе либо одинакова, '
либо в Москве больше, чем в пригороде [30], Доля рассеянной
радиации в суммарной при безоблачном небе уменьшается при
увеличении высоты Солнца. По данным работы [1] при высоте
Солнца 55° в Москве доля рассеянной радиации в суммарной
составляет 17%, за городом — 16%. При высоте Солнца 5°, соот-
ветственно, — 50 и 47%. Однако в реальных условиях безоблач-
ная атмосфера наблюдается далеко не всегда. Ее повторяемость
в течение года намного ниже, чем повторяемость пасмурных (об-
лачность 8—10 баллов) дней [30; 79].
Любая облачность снижает количество прямой солнечной
радиации. Рассеянная же радиация за счет облачности может
как уменьшаться, так и увеличиваться, например, при просвечи-
вающей сплошной облачности верхнего и среднего ярусов. В ре-
зультате в целом за год рассеянная радиация при средних усло-
виях облачности оказывается существенно (на 45%) больше, чем
при безоблачном небе (табл. 33}. Наибольшее ее увеличение —
на 70—80% — происходит в летние месяцы (см. рис. 33}. В но-
ябре и декабре упомянутые различия равны нулю или могут
иметь небольшие отрицательные значения, что связано с преоб-
ладанием сплошной многослойной облачности, препятствующей
образованию и распространению к поверхности земли рассеян-
ной радиации.
За год в городе на горизонтальную поверхность приходят
1631 МДж/м2 прямой солнечной радиации, на ст. Подмосков-
ная — 1708 МДж/м2 [56]. Таким образом, за счет уменьшения
прозрачности атмосферы и увеличения облачности город недо-
получает за год 77 МДж/м2 (9,5%) прямой солнечной радиации.
Этот дефицит покрывается за счет увеличения на 154 МДж/м2
(8%) рассеянной солнечной радиации. В результате к деятель-
- 40 -
ной поверхности в городе за год приходит на 77 МДж/м2 (или
на 2%) больше суммарной радиации, чем в пригороде. Следует
отметить, что такая разница лежит в пределах точности инстру-
ментальных наблюдений.
Таблица 3.3. Суммы рассеянной солнечной радиации на гори-
зонтальную поверхность МДж/(м2хмес.) в городе (МГУ) и при-
городе (ст. Подмосковная)
Месяцы наблюдений МО МГУ Подмосковная DMry/Dno;iM. %
При ясном небе при ср. облач- ности о/ /о при ясном небе при ср. облач- ности % при ясном небе при ср. облач- ности
Январь 47 55 +17 45 46 +2 +4 +20
Февраль 72 94 +30 67 83 +24 +7 +13
Март 125 173 +38 121 168 +39 +3 +3
Апрель 170 229 +35 157 212 +35 +8 +8
Май 192 287 +49 177 272 +54 +8 +6
Июнь 176 305 +73 208 292 +40 -15 +4
Июль 159 301 +89 196 283 +44 -19 +6
Август 164 254 +55 182 235 +29 -10 +8
Сентябрь 129 172 +33 130 153 +18 -1 +12
Октябрь 90 101 +12 80 89 +11 +12 +13
Ноябрь 52 49 -6 45 38 -16 +16 +29
Декабрь 35 35 0 37 29 -22 -5 +21
Год 1411 2054 +45,5 1439 1900 +32
Рис, 33. Годовой ход облачности и суммарной солнечной радиации в
городе и пригороде: 1 — ст. Подмосковная, 2 — МО МГУ
- 41 -
Таким образом, за счет техногенного загрязнения атмосферы
прямая солнечная радиация в Москве ниже, чем на прилегаю-
щих к ней территориях. Рассеянная же радиация при различных
условиях облачности либо одинакова, либо в Москве больше,
чем в пригороде. В результате величины приходящей к поверх-
ности деятельного слоя суммарной радиации в городе и области
практически не различаются.
3.4. Альбедо и поглощенная радиация
Фактором, определяющим размер тепловых ресурсов дея-
тельного слоя и влияющим на размер потоков явного и скрыто-
го тепла и собственное излучение земной поверхности, является
альбедо (А) — свойство деятельной поверхности поглощать при-
ходящую к ней солнечную радиацию. А — безразмерная величи-
на, измеряющаяся в долях единицы (от 0,0 до 1,0) или процен-
тах. В архитектурной климатологии воздействие на А является
одним из эффективных способов регулирования теплового ре-
жима городской территории.
Для отдельных типов поверхностей величины А изучены до-
статочно хорошо (табл. 3.4). Для многих из них А существенно
зависит от высоты Солнца (табл. 3.5), а также от состояния этих
поверхностей — их увлажненности, загрязненности, фенологи-
ческой фазы, состава применяемых искусственных покрытий и
материалов и т.д. Кроме того, для многих поверхностей, в част-
ности — растительного покрова, А зависит от длины волны. На-
пример, для зеленых насаждений характерно минимальное отра-
жение солнечной радиации в полосе поглощения хлорофилла
(около 0,68 pm) и воды (около 1,4 pm).
Для определения А городской застройки требуется расчет А
отдельных его «граней». Каждая из «граней» состоит из разно-
родных по отражательной способности элементов. Например,
для стен зданий это различные по характеру отделки и окраски
участки фасадов, остекление, декор (табл. 3.6).
Поступающая внутрь городской застройки солнечная радиа-
ция, падая на различные поверхности (грани), последовательно
отражается и передается на другие ее грани, теряя при каждом
переотражении часть своей энергии. В результате при каждом
переотражении дополнительно поглощается какая-то часть этой
радиации и общее поглощение радиации каждой из граней ста-
новится больше, чем у аналогичной по отражательной способ-
ности грани в случае, если бы она была расположена на откры-
том пространстве. Для наглядности приведем в качестве приме-
- 42 -
ра источник света в замкнутом объеме, облицованном изнутри
зеркалами. Несмотря на чрезвычайно высокое А зеркал (более
99,9%), весь излучаемый в этот объем свет будет поглощен, но
не с первого раза, а после сотен и тысяч переотражений между
потолком, полом и стенами этой комнаты. В результате получим,
что интегральное альбедо стен с зеркальными поверхностями
составляет 0%.
Таблица 3.4. Альбедо некоторых поверхностей при высоте
Солнца > 30°
Характер поверхности Альбедо
Поверхность водоемов 0,09
Сухой светлый песок 0,34-0,52
Мокрый песок 0,16
Сухая темная почва 0,14
Увлажненная темная почва 0,08
Сухая серая почва 0,25-0,30
Увлажненная серая почва 0,10-0,12
Малогумусная сухая почва 0,30
Трава сухая, выгоревшая -0,19
Трава зеленая 0,20-0,26
Зерновые культуры 0,15-0,25
Лес хвойный 10,10-0,15
Лес смешанный 0,15
Лес лиственный 0,15-0,20
Лес лиственный без листвы зимой при снеге 0,30
Снег чистый, сухой 0,71
Снег грязный, сухой 0,64
Снег тающий, грязный 0,56
Снег загрязненный вдоль автомагистралей 0,30
Бетон 0,10-0,35
Кирпич 0,20-0,35
Проезжие части улиц 0,14-0,15
Асфальтовые тротуары, асфальтобетон 0,10
Листовое стекло 0,08
Гудрон, рубероид с песчаной посыпкой 0,10
Сталь листовая, окрашенная
темно-красной краской 0,2
зеленой краской 0,4
Сталь кровельная, оцинкованная 0,35
Алюминий листовой 0,5
- 43 -
Таблица 3.5. Альбедо водной поверхности при различной высо-
те Солнца
ь 10° 20° 30° 40° 50° 70°
А, % 24 12 . 6,7 4,5 3,4 2,7
Таблица 3.6. Светлота и альбедо фасадов зданий с учетом ос-
текления
Цвет и материал отделки Ротд’/о Афас
Белый: белая кремнийорганическая фасадная краска, мрамор, гипс, белая керамическая плит- ка, очень светлые фасадные краски, бетон и де- коративные штукатурки на белом цементе, кера- мическая плитка, ракушечник 70 0,55
Светлый: светлые фасадные краски, светлая штукатурка, светло-серый бетон, известняк, до- ломит, желтый песчаник, светлый мрамор, сили- катный кирпич, светлая керамическая плитка, латунь матовая, пластик 50 0,41
Средне-светлый: офактуренный или серый не- окрашенный бетон, серая или цветная фасадная краска, светлое (не почерневшее) дерево, цвет- ные штукатурки, керамический кирпич, цветная керамическая плитка 40 0,34
Темный: темно-бежевая, коричневая и др. густых цветов фасадные краски, штукатурки и керами- ческие плитки, потемневшее дерево, красный кирпич 30 0,27
Для целей архитектурно-климатического анализа интерес
представляет определение А городской застройки в таком тер-
риториальном масштабе, при котором становится невозможно
усреднить частные альбедо отдельных граней. Для решения этой
задачи используются инструментальные измерения потоков па-
дающей и отраженной радиации с борта самолета или со спут-
ников при соответствующих синхронных измерениях на поверх-
ности изучаемого рельефа. Результаты таких исследований сви-
детельствуют о том, что альбедо застроенных территорий опре-
деляется следующими параметрами:
— плотность застройки (% проекции зданий по отношению
ко всей площади территории застройки);
— характерное отношение расстояния между зданиями к их
высоте;
- 44 -
— высотная контрастность застройки (разновысокая, одина-
ковой высоты);
— соотношение количества высоких/низких зданий в заст-
ройке;
— средневзвешенный коэффициент отражения кровель;
— средневзвешенный коэффициент отражения фасадов;
— средневзвешенный коэффициент отражения подстилаю-
щей поверхности;
— высота Солнца;
— процентное соотношение прямой и рассеянной радиации
в суммарной радиации.
Для большинства городов умеренного климата интегральное
альбедо летом находится в пределах 10—30% при наиболее часто
встречающемся значении 15%. Озелененные территории, как пра-
вило, имеют большую отражательную способность по сравнению
с застройкой и более широкий диапазон сезонных изменений А.
Возможен также расчет интегрального альбедо застройки
методом математического моделирования переноса и поглоще-
ния солнечной радиации. Такие расчеты, выполненные для Моск-
вы, показали, что А застроенных участков города изменяется в
течение года от 16,0 до 36,4% (табл. 3.7} и имеет хорошо выра-
женную пространственную неоднородность (рис. 3.4, 3.3). Его
значения для участков жилой и общественной застройки, осред-
ненных до размеров МР, летом днем изменяются в диапазоне от
13,6% (Бибирево) до 19,7% (Замоскворечье). На участках про-
изводственно-коммунальной застройки летом днем А изменяет-
ся в более широком диапазоне — от 13,1% (Площадь развилки,
Тушино) до 19,9% (Курьяново). При этом А производственно-
коммунальных зон в среднем на 0,5% меньше, чем А жилой за-
стройки. При низких углах Солнца интегральное А большинства
застроек увеличивается на 0,3— 0,5%.
По степени значимости факторы, определяющие А застроен-
ной части Москвы, можно выстроить в следующем порядке: от-
ражающие свойства кровель, плотность застройки, светлота фа-
садов, контрастность застройки. Отражающие свойства кровель,
в свою очередь, зависят от их конструкции, связанной с назна-
чением зданий и временем их постройки.
Наименьшее А в дневные и вечерние часы характерно для
средней части города, занятой жилой застройкой и производ-
ственными зонами. К центру города А увеличивается за счет
высоких отражающих свойств кровельных материалов даже при
том, что в центральной планировочной зоне плотность застрой-
ки в несколько раз выше, чем во многих современных районах
- 45 -
УСЛОВНЫЕ
Расчетное альбедо, %
МН <13 9
ШИИ 14.0-14.4
ggg 14.5-14.9
ИН 15-°-15-4
Я 15.5-15.9
Г J 16.0-16.9
Гр'Н П-0-17.9
18.0-18.9
L.7.. J >19-°
ОБОЗНАЧЕНИЯ
Прочие обояшчеяыя
территории производсгаенпрго
ййй^ и коммунального назначения
ДИДИ »>даые поверхности
---- гранита муниципальных районов
1500 О 1600 3000 Метров
Рис. 3.4. Альбедо территории городских застроек в Москве летом
- 46 -
УСЛОВНЫЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ
Расчетам альбедо, %
Прочие обозначения
<29.0
29.0-29.9
30.0-30.9
31.0-31.9
32.0-32.9
33.0-33.9
34.0-35.9
>36.0
территории производственного
и коммунального пллиаченик
Щ| водные поверхности
----- границы муниципальных районов
1600 С 1600 3000 Мэтров
Рис. 3.5. Альбедо территории городских застроек в Москве зимой
- 47 -
Рис. 3.6. Альбедо районов Московской области (вверху — лето, вни-
зу — зима)
- 48 -
массовой жилой застройки (следствие менее жестких требова-
ний к условиям инсоляции и естественной освещенности). К
окраинам города А также несколько увеличивается вследствие
того, что территории города, прилегающие к МКАД, в основном
заняты коммунально-складскими зонами с низкой плотностью
застройки и большой долей открытых поверхностей, занятых
травяным покровом, а также городскими лесами и лесопарками.
Исключение составляет северная часть С АО и СВ АО, где доста-
точно плотная жилая и производственная застройка практиче-
ски вплотную подходят к МКАД.
Таблица 3.7. Альбедо территорий Москвы
Тип территории Площадь, % Лето, день, ср. условия облачности Лето, вечер, безоблачно Зима, день, ср. условия облачности
Жилая застройка с УДС* 42,9 15,3 15,7 31,9
Производственная застройка с УДС 19,8 14,8 14,9 31,8
В среднем по застро- енной территории — 15,1 15,5 31,9
Слабозастроенные и др. территории с тра- вянистым покровом без УДС 16,1 22,5 25,0 62,0 (зимой их S увели- чивается на 1,5%)
Городские леса и лесо- парки без УДС 16,0 15,0 19,0 30,0
УДС вне жилой и производственной застройки Водные поверхности: 1,7 15,0 15,0 28,4
лето зима 3,5 2,0** 6,0 12.0 12,0
Среднее в пределах МКАД 100 16,0 17,4 36,4
* УДС — улично-дорожная сеть; ** — площадь незамерзающего русла
р. Москва. Остальные водные поверхности, покрытые льдом и снегом,
отнесены к категории «Слабозастроенные и др. территории с травянис-
тым покровом без УДС».
Различия в альбедо различных районов Москвы определяют
ее микро- и субмезомасштабную климатическую контрастность.
Мезомасштабные климатические особенности Москвы определя-
ются контрастом ее интегрального альбедо с альбедо прилегаю-
щих к городу территорий.
- 49
Контраст альбедо Москва—Подмосковье в летнее время со-
ставляет 1,7%, в зимние месяцы — 16,2% (рис. 3.6), что приво-
дит к формированию на территории города аномалии поглощен-
ной солнечной радиации (табл. 3.8). Основной причиной этой
аномалии является летом — наличие на территории города ис-
кусственных сооружений и покрытий, зимой — трансформация
снежного покрова — его уплотнение, загрязнение, удаление с ас-
фальтовых поверхностей.
Таблица 3.8. Различия альбедо и месячных сумм поглощенной
суммарной радиации, МДж/м2 (М — Москва, П — Подмосковье)
Сезон, условия облачности Суммарная радиация Альбедо, % Поглощенная радиация Раз- ность
М П М П М П
Лето ясно (июнь) средние условия облачности 883 915 16,0 17,7 741,7 753,0 -11,3
624 618 524,2 508,6 +15,6
Зима ясно (де- средние кабрь) условия облачности 73 93 36,4 52,6 46,4 44,1 +2,3
40 40 25,4 19,0 +6,4
3.5. Затраты тепла на испарение
Антропогенное преобразование физических свойств поверх-
ности деятельного слоя приводит не только к изменению его
альбедо, но и проницаемости для атмосферных осадков и грун-
товых вод. В естественных условиях затраты тепла на испаре-
ние являются одной из основных расходных частей теплового
баланса земной поверхности [31]. Отношение этих затрат к ра-
диационному балансу в среднем за год составляет 80% в лесной
зоне европейской территории России, снижаясь до 50—70% в
степях и до 10—30% в пустынях, где величина испарения огра-
ничена количеством выпадающих осадков [11; 55].
Городская застройка воздействует на испарение вследствие
нарушения естественного водного баланса поверхности водосбо-
ров, уменьшая величину слоя испарения за счет сокращения ис-
паряющих площадей и отвода части поверхностного стока сетя-
ми ливневой канализации. Изменение уровня и режима питания
грунтовых вод происходит за счет перераспределения площадей
- 50 -
водосбора с различными коэффициентами стока и утечек из во-
донесущих коммуникаций. Эти свойства городской застройки
регламентированы и могут быть определены с достаточной точ-
ностью.
В естественных условиях, как правило, величина испарения
определяется методом водного баланса как остаточный член.
Величина среднего многолетнего испарения в бассейне р. Моск-
ва составляет около 575 мм [67].
Оценку доли испарившихся осадков в г. Москве можно по-
лучить, исходя из среднемноголетних метеорологических дан-
ных об общем количестве осадков за год и по сезонам, сведений
о распределении дождей разной интенсивности и продолжитель-
ности, а также сведений о факторах образования поверхностно-
го стока, касающихся распределения поверхностей с различны-
ми . коэффициентами стока и инфильтрации и механического
удаления твердых осадков (снегоуборки).
Среднегодовая норма осадков по городу в целом составляет
640 мм, из них на нормы холодного и теплого периодов прихо-
дятся, соответственно, 220 и 420 мм [30]. При этом годовая нор-
ма осадков может сильно варьироваться: от 300 до 900 мм. Она
меняется на 40—50 мм и по территории города, и ближних при-
городов.
Осадки теплого периода расходуются следующим образом. С
непроницаемых поверхностей около 190 мм (45%) попадают в
сети ливневой канализации в виде поверхностного стока, осталь-
ные 230 мм расходуются на испарение. С полупроницаемых и
проницаемых поверхностей 20 мм (5%) стекают в сети ливневой
канализации в виде поверхностного стока, остальная влага рас-
ходуется на смачивание растительности, транспирацию, испаре-
ние и инфильтруется в грунт.
В холодный период (ХП) инфильтрация резко сокращается
из-за промерзания верхнего слоя грунта, часть осадков накапли-
вается на земной поверхности, зданиях и сооружениях вследствие
замерзания остаточного слоя воды на асфальте и намерзания слоя
воды на кровлях и фасадах. Средний слой весеннего стока с за-
строенных территорий для условий Москвы составляет 110—
120 мм. Около 30 мм осадков холодного периода отводятся в лив-
невую канализацию во время оттепелей, включая и осадки, выпа-
дающие в период снеготаяния. Вывоз снега зимой пропорциона-
лен объему зимних осадков и составляет 60—80 мм слоя осадков
на асфальтированные поверхности или около 20 мм из расчета на
всю площадь застроенной части города. Для непроницаемых по-
верхностей эта величина может быть увеличена до 40 мм.
- 51 -
Таким образом, из всего слоя осадков холодного периода, со-
ставляющего 220 мм, 110—120 мм расходуются на сток весенне-
го снеготаяния, 30 мм — на сток оттепелей и весенних осадков
(эти объемы отводятся в ливневую канализацию) и около 20 мм
удаляются с поверхности водосбора при снегоуборках. Остав-
шиеся 50—60 мм составляют потери на испарение и инфильтра- .
цию. Слой испарения снежного покрова в условиях Москвы со-
ставляет около 40 мм [37]. 1
Величина инфильтрации осадков теплого периода года на I
проницаемых и полупроницаемых поверхностях составляет |
200—220 мм. С другой стороны, расход влаги на испарение и |
транспирацию с озелененных территорий города колеблется в |
пределах 160—200 мм в теплый период. Таким образом, распре-.
деление долей 420 мм летних осадков, выпадающих на незаст- i
роенную и не занятую искусственными поверхностями террито-
рию, в условиях Москвы составляет: 20 мм — поверхностный :
сток, 200 мм — испарение и транспирация и 200 мм — инфильт-
рация в грунт с последующим отведением в сети ливневой ка-
нализации {табл. 3.9}.
Таким образом, коэффициент стока для территории города
составляет 0,59, что довольно близко к нормативному показателю
0,67, определенному нормами планировки и застройки Москвы
[8]. В ненарушенных условиях коэффициент стока для той мест-
ности, где расположена Москва, составлял бы не более 0,25—0,30.
Полученные результаты свидетельствуют о существовании
значительного климатического эффекта работы ливневой кана-
лизации: около 40% от годового количества осадков, выпадаю-
щих в Москве на канализованную территорию, перехватывают-
ся ливневой канализацией и, таким образом, изымаются из ве-
личины естественного водного баланса. Уменьшение слоя испа-
рения и транспирации с этой территории за теплый период, по
сравнению с естественными условиями, составляет 275 мм.
В естественных условиях слой испарения в июле составляет
22% от годового слоя испарения, который, в свою очередь, со-
ставляет 80% от годового слоя осадков [67]. Таким образом, в
естественных условиях слой испарения в июле составляет
640x0,8x0,22 = 112,6 мм. Следовательно, на территории, охвачен-
ной сетью ливневой канализации, в июле испаряется на 35 мм
меньше, чем в естественных условиях. В январе в естественных
условиях Подмосковья испаряются 0,4% от годового слоя испа-
рения — немногим более 2 мм. В городе за весь период залега-
ния снежного покрова испарение составляет около 40 мм, т.е., в
среднем, около 6,5 мм/мес. Наибольшие величины испарения
- 52 -
Таблица 3.9. Слой поверхностного стока для различных терри-
торий в Москве (ХП — холодный период года, ТП — теплый
период года)
Вид поверхности Площадь, тыс. га Сток и снегоуборка, мм Инфиль- трация, мм Испарение и транспи- рация, мм
ХП ТП ХП ТП ХП ТП
Непроницаемые (ас- фальт, бетон, кровли и др.) 26,8 180 190 — — 40 230
Полупроницаемые и проницаемые (щебень, плитка, грунт, зеленые насаждения и т.п.) 25,4 160 20 20 200 40 200
Открытые водные поверхности (вклю- ченные в водосточ- ную систему) 0,8 — — 70 570
Вся территория 53,0 144,80 млн. м3 56,52 млн. м3 137 млн ,87 м3
наблюдаются в начале и конце периода — в ноябре и марте-ап-
реле, соответственно. В январе величина испарения со снежного
покрова может быть принята в размере 3—5 мм, что по абсолют-
ной величине незначительно отличается от естественных усло-
вий, а получаемая разница лежит в пределах точности определе-
ния компонент водного баланса и в тепловом балансе может не
приниматься во внимание.
Дефицит влаги, доступной для испарения, заметно влияет не
только на водный, но и на тепловой баланс земной поверхности
в городе, особенно в теплый период. В результате на испарение
с территории Москвы в среднем за теплый период недорасходу-
ется около 90 МДж/м2 в месяц, в т.ч. в июле — 48 МДж/м2. За
счет снижения затрат тепла на испарение энергия радиационно-
го баланса в большей степени расходуется на турбулентный теп-
лообмен с атмосферой и собственное ИК, излучение поверхно-
сти ДС, усиливая эффект «острова тепла». В локальном масш-
табе, изменяя за счет баланса поверхностей с искусственными и
естественными покрытиями коэффициент стока и затраты тепла
на испарение, можно достаточно эффективно регулировать мик-
роклиматические условия территории городской застройки.
~ 53 -
3.6. Техногенный тепловой баланс
Коммунальное хозяйство, промышленность и транспорт со-
здают колоссальную электрическую и тепловую нагрузку на топ-
ливно-энергетическое хозяйство городов. Покрытие этой нагруз-
ки требует расхода огромного количества топлива, что, в свою
очередь, приводит к масштабному воздействию на состояние го-
родской среды — в частности, к ее химическому и тепловому
загрязнению и, как следствие, изменению мезоклимата города.
Считается [53; 97; 115; 141], что в крупных городах, расположен-
ных в средних и высоких широтах, потоки тепла техногенного
происхождения по своим размерам сопоставимы с радиацион-
ным балансом.
В техногенном тепловом балансе города можно условно вы-
делить 3 основные приходные части, связанные с прямым выде-
лением тепла в окружающее пространство:
1) прямое энергопотребление, состоящее в сжигании органи-
ческого топлива для выработки тепла и электроэнергии, а также
получения механической энергии;
2) метаболическое тепловыделение;
3) термическое уничтожение органической части отходов то-
варно-сырьевой массы, используемой городом в хозяйстве и про-
мышленности.
Среди перечисленных приходных частей теплового баланса
прямое энергопотребление играет доминирующую роль.
Для количественной оценки потоков техногенного тепла в
качестве примера рассмотрим Москву, являющуюся крупней-
шим в России потребителем энергетических ресурсов всех ви-
дов. В среднем за 1998—2002 годы отпуск по видам энергоре-
сурсов (не считая моторного топлива) московским потребителям
составил: электроэнергия — 104x1015 Дж, тепло — 435x1015 Дж.
На эти цели израсходованы 23,2x109 м3 природного газа, мазута
и дизельного топлива — около 1 млн тонн. Поставки газа в Моск-
ву увеличиваются с каждым годом на 10—15%. Суммарная ра-
бочая мощность московских электростанций на конец 2001 года
составляла 12236 МВт.
Транспортный узел Московского региона является крупней-
шим в России. Автотранспортный парк города приближается к
3 млн единиц грузового и легкового автотранспорта. На терри-
тории города находятся около 3 тыс. автотранспортных и про-
мышленных предприятий, имеющих собственные автохозяйства.
Суммарное потребление моторного топлива в 1998—2002 годах
составило около 4 млн тонн.
- 54 -
Начиная с 1961 года, в Москве была создана мощная систе-
ма централизованного энергоснабжения. В 1960 году централь-
ным отоплением были оборудованы 76,5%, а в 1977 году — уже
99,2% жилищного фонда и объектов культурно-бытового обслу-
живания (КБО). К настоящему времени создание системы цен-
трализованного теплоснабжения города, в основном, закончено.
Строительство новых источников теплоснабжения ведется толь-
ко для покрытия нагрузок новых жилых образований за преде-
лами МКАД. На части действующих ТЭЦ и РТС выполняются
работы по замене устаревшего оборудования на новое, более эф-
фективное и экологически безопасное без расширения террито-
рий этих объектов и без изменения количества единиц обору-
дования. Охват жилищно-коммунального сектора централизован-
ным теплоснабжением к 2000 году составил 97%, производствен-
ных объектов — 61,4%. Тепловая мощность источников централи-
зованного теплоснабжения составляет около 53 ГВт, в том числе
ТЭЦ — 35 ГВт. Требуемая максимальная производительность теп-
логенерирующих установок определяется расходами тепла на ото-
пление и вентиляцию при максимально-зимнем режиме и расчет-
ными расходами тепла на горячее водоснабжение (ГВС).
Количество передаваемой потребителям тепловой энергии
напрямую зависит от количества жителей в городе, общей пло-
щади отапливаемых зданий и характеристик отопительного пе-
риода — его продолжительности, температуры наружного возду-
ха и скорости ветра. В Москве годовая выработка тепловой энер-
гии при средних за 1998—2002 годы нагрузках по отоплению
составляла 410—420х1015 Дж.
Необходимые для определения параметров систем тепло-
снабжения городской застройки показатели регламентируются
строительными нормами и правилами (СНиП П-35-76, СНиП
2.04.01-85*, СНиП II-3-79*, СНиП 2.04.05-91*) и другими ве-
домственными и территориальными нормативными документа-
ми. Для природно-климатических условий Москвы установлен-
ная мощность источников теплоснабжения должна обеспечивать
покрытие тепловых нагрузок при расчетных параметрах наруж-
ной среды -28°С и скорости ветра 4 м/с для отопления и -
15 °C — для вентиляции (т.н. «максимально-зимний» режим).
Годовая производительность энергосистем определяется исходя из
продолжительности и средней температуры отопительного пери-
ода (для Москвы — соответственно, 187 суток и -0,62°) по коли-
честву часов использования максимальной нагрузки. Количество
часов использования максимума тепловой нагрузки в жилищно-
коммунальном секторе Москвы составляет 2900—3000 ч/год.
- 55 -
Годовая неравномерность потребления тепла обусловлена,
прежде всего, сезонными колебаниями температуры наружного
воздуха. Кроме того, потребление тепла зависит от сезонных из-
менений потребностей населения в горячей воде, температуры
забираемой из открытых источников водоснабжения воды и тех-
ническими нуждами по обслуживанию и профилактике тепло-
сетей. Используемый летом средний суточный объем горячей
воды составляет 80% от зимнего. В результате потребности теп-
ла и расход топлива летом ниже, чем зимой.
В целом по городу средний расход природного газа в 1998—
2002 годах по всем видам потребителей в июне—июле составлял
1,3—1,4 млрд м3/мес., в то время как в декабре—январе — 3,1—
3,2 млрд м3/мес., среднегодовой расход — 26,3 млрд м3. Сезонная
динамика потребления газа для выработки тепла на нужды ОВ и
ГВС выражена более контрастно. В системе ГУП «Мостеплоэнер-
го», работающей только на теплоснабжение, зимние и летние рас-
ходы газа составляют, соответственно, 450 и 60 млн м3/мес., т.е.
различаются в 7,5 раз.
Вырабатываемое централизованными источниками тепло пе-
редается от ТЭЦ и РТС до тепловых пунктов и других абонен-
тов по магистральным тепловым сетям, до конечных потребите-
лей — по распределительным сетям, длина которых на порядок
выше, чем магистральных. При передаче тепловой энергии от
источников до конечных потребителей значительное количество
тепла теряется. В Москве, по различным оценкам [53; 89], теря-
ются от 10 до 30% тепла, из них на магистральные сети прихо-
дятся 3—13%, а на распределительные — 7—17%. Это тепло по-
глощается грунтами и включается в тепловой баланс приземно-
го слоя атмосферы города.
Подаваемая внутрь зданий тепловая энергия используется на
отопление, вентиляцию и ГВС. Из зданий тепловая энергия рас-
ходуется путем удаления теплого воздуха вытяжными система-
ми вентиляции, его инфильтрации наружу через ограждающие
конструкции, при проветривании помещений через открытые
форточки, фрамуги, створки окон. Трансмиссия тепла из поме-
щений в окружающее пространство через ограждающие конст-
рукции происходит за счет их теплопроводности. Кроме того,
часть потока тепла, подаваемого в здания системами ГВС, уда-
ляется системами канализации со сточными водами, а в летнее
время тепло выводится из помещений еще и системами конди-
ционирования внутреннего воздуха.
Размер и технологические участки потоков тепла, образую-
щегося за счет работы объектов теплоэнергетики, в окружающую
среду города можно оценить по укрупненной схеме городского
- 56 -
теплохозяйственного баланса (рис. 3.7). В тепловом балансе си-
стемы «город-атмосфера» участвует не только явное тепло, вы-
рабатываемое объектами теплоэнергетики, но и скрытая теплота
конденсации и кристаллизации водяного пара, являющегося од-
ним из основных продуктов сгорания природного газа. Теплота
конденсации массы пара составляет 84,8x1015 Дж/год, или бо-
лее 10% тепла, выделяющегося при сжигании газа.
Из схемы теплохозяйственного баланса видно, что на ста-
диях выработки и транспортировки теряются более 60% тепла,
получаемого от сжигания топлива, а до конечного потребителя
доходят немногим более 30% тепла. Такой низкий показатель яв-
ляется типичным для систем централизованного теплоснабже-
ния [89], причем он ниже для систем раздельной выработки теп-
ла и несколько выше для систем комбинированной выработки
тепловой и электрической энергии.
Из сбрасываемых в канализацию 120x1015 Дж тепла на стан-
ции аэрации (СА) поступают около 80х1015 Дж. Это тепло сбра-
сывается с очищенными водами в русло р. Москва. Остальная
тепловая энергия расходуется на увеличение теплозапаса грун-
тов, в которых заложены канализационные коллекторы, и пере-
дается в атмосферу при обработке стоков на СА.
На втором месте по размерам потребления энергии стоит
электроснабжение города. Суммарная мощность электрогенери-
рующих устройств в Москве составляет около 9500 МВт, элек-
трическая нагрузка по потребителям, находящимся на терри-
тории Москвы — 6700 МВт. Годовое электропотребление в
Москве в 1998—2002 годах составляло, в среднем, 122х1015 Дж
(33800 млн кВт*ч), в том числе 15,3 х1015Дж электроэнергии
израсходованы на собственные нужды ТЭЦ. С достаточной
точностью можно считать, что вся электрическая энергия, по-
требляемая в городском хозяйстве и промышленности, в конеч-
ном счете переходит в тепловую энергию и поступает в при-
земный слой атмосферы.
Передача электроэнергии абонентам осуществляется, в основ-
ном, по воздушным и кабельным линиям электропередачи напря-
жением 500, 220 и 110 кВ. Протяженность воздушных линий
110—500 кВ составляет 1100 км, кабельных — 740 км. До конеч-
ных потребителей электроэнергия поступает после 114 располо-
женных на территории города понизительных электроподстанций
высокого напряжения (220/110/20/10 кВ) и нескольких тысяч
трансформаторных пунктов. Возникающие при транспортировке
до конечного потребителя потери электроэнергии составляют око-
ло 7—8% от общего потребления, т.е. около 9x1015 Дж/год, и пе-
редаются непосредственно в атмосферу города. Небольшая часть
- 57 -
Транспорт тепла 781
Потери явного тепла 242
Стрытое тепло_____85
Опгусктепга потребителям 370
Производство тепловой и электроэнергии
Потери тепла
Транспортировка по
магистральным сетям 435
Передача в маги-
стральные сети тепла 390
епловой энергии
Потери тепля во внутри-
квартальных сетях и ЦТП 20
Передача в магистраль-
ные сетиэлектроэнергии 104
Поступление тепла
на станции аэрации________50
Сброс тепла со сточными
водами___________________120
Эмиссия тепла в
окружающее пространство 250
Потери тепла до ттосту-
ппения па станции аэрации 70
Потребление тепловой энергии
3»
UO
П
S8
Q. - П + Е + П + П + Е + П + Е ,
11 J М р IS.11 К С
где: Qj, — тепловая энергия, получаемая при сжигании топлива, Пи — потери на источниках, Еэ — выработка
электроэнергии, Пм и Пр — потери в магистральных и распределительных сетях, Екп — эмиссия тепла в ок-
ружающее пространство после его потребления конечными потребителями, Пк — потери тепла в канализа-
ционных сетях, Ес — сброс тепла со стоками после очистки.
Рис. 3.7. Укрупненный теплохозяйственный баланс Москвы в 1998—2002 годах (ед. измерения — 1015 Дж/год)
Примечания-. в величину «сброс тепла в канализацию» входит тепло, передаваемое стокам от внутренних источников
тепловыделения в зданиях (электроэнергия, метаболизм); в величину «потери тепла до поступления на СА» включены
потери от стоков некоторых присоединенных территорий за пределами МКАД.
получаемого от использования электроэнергии тепла отводится с
канализационными стоками за пределы застройки.
Размер эмиссии техногенного тепла в окружающее простран-
ство, связанный с потреблением электроэнергии, имеет простран-
ственно-временную неоднородность, связанную с суточной и се-
зонной динамиками энергопотребления и неравномерностью это-
го потребления, обусловленной различиями в плотности город-
ской застройки и технико-технологическими особенностями по-
требления электроэнергии в промышленности и на транспорте.
Величина потребления моторного топлива и, соответственно,
выделения энергии его сжигания зависит от интенсивности экс-
плуатации автотранспорта и метеоусловий, влияющих на режим
движения транспортных средств — времени прогрева двигате-
лей, средней скорости движения транспортных потоков, време-
ни работы двигателей на холостом ходу. По данным Управления
транспорта и связи при Правительстве Москвы, в период 1998—
2002 годов на территории Москвы реализовывались, в среднем,
3900 тыс. т/год бензина различных марок и других видов мо-
торного топлива, суммарная теплота сгорания которых состав-
ляет около 163,8х1015 Дж. В конечном итоге вся эта энергия, так
же как и электрическая и тепловая, поступает в приземный слой
атмосферы города, усиливая аномалию его теплового баланса.
Еще одной техногенной составляющей теплового баланса, на
которую специалисты в области городской климатологии пока
редко обращают внимание, является выделение тепла в процес-
се термического уничтожения отходов (ТБО) на мусоросжига-
тельных заводах (МСЗ). Теоретический размер тепловыделения
при сжигании ТБО в г. Москве за последние 3—4 года составля-
ет 16,7 х 109 МДж/год. При сжигании 60—80% ТБО может вы-
деляться около 16x1015 Дж/год. Фактически до недавнего вре-
мени сжигались не более 10% отходов. В 2005 году эта доля дол-
жна была составить 20%, что соответствует 3—3,5х1015 Дж/год,
или почти 10% от теплоты, получаемой при сжигании мазута.
Таким образом, пока термическое уничтожение отходов как
компонент техногенного теплового баланса не играет значитель-
ной роли, однако в будущем при достижении цели полного тер-
мического уничтожения отходов (после их сортировки) получа-
емая при этом теплота окажется сопоставимой с теплотой, вы-
деляемой при использовании на территории города других ви-
дов органического топлива.
Последним по значимости в ряду приходных частей антро-
погенного теплового баланса принято считать метаболическое
тепловыделение. Часто этой величиной пренебрегают, посколь-
ку она оценивается менее чем в первые несколько процентов от
- 59 -
суммы приходных частей теплового баланса и менее чем в 5%
от техногенной эмиссии тепла [39; 137].
Основной расходной частью техногенного энергобаланса го-
рода является расход тепла с канализационными стоками и по-
верхностным стоком с территории города. По данным статисти-
ческой отчетности Московско-Окского бассейнового водного уп-
равления, доля сточных вод от всех систем канализации города
в последние несколько лет составляла до 90% от всего объема
воды, поступающей в бассейн р. Москва. Это обстоятельство
вызывает масштабное воздействие на экосистему, в том числе —
ее тепловое загрязнение.
За черту города со сточными водами выносятся при осредне-
нии за год 3,9х109 Дж/с тепла, за год — около 122,5х1015 Дж.
Минимальные значения теплового стока наблюдаются в летние
месяцы: 2,5—2,8х109 Дж/с. Это вызвано несколькими причина-
ми. Во-первых, летом повышается температура забираемой для
водоснабжения из открытых водотоков воды, следовательно,
уменьшается расхода тепла на ее подогрев. Во-вторых, расход
тепловой энергии в целом по городу снижается из-за отключе-
ния систем отопления, в результате уменьшаются тепловые по-
тери в окружающее пространство, в т.ч. в водные объекты, а так-
же сокращаются сбросы охлаждающей воды от объектов тепло-
энергетики. В-третьих, в городе несколько сокращается недопот-
ребление, в том числе горячей воды, из-за сезонной миграции
значительной части городского населения в пригород на время
отпусков и школьных каникул. В-четвертых, становится меньше
объем поверхностного стока и дренажных вод из-за увеличения
испарения с искусственных поверхностей.
В январе за пределы города в пересчете на его часть, заня-
тую жилой застройкой, выносятся 26,3 МДж/м2. Эта величи-
на превосходит сумму прямой солнечной радиации в январе
(И МДж/м2) и составляет почти половину от суммарной сол-
нечной радиацией за тот же месяц (63 МДж/м2).
Летом расход тепла со стоками как компонент теплового ба-
ланса города гораздо менее значим из-за сезонного сокращения
теплоподачи и роста величины приходящей к земной поверхно-
сти солнечной радиации. В июне, когда теплопотери со стоками
минимальны и составляют по городу около 2,5x109 Дж/с, что в
пересчете на всю застроенную его часть составляет 7,4 МДж/м2,
суммарная радиация составляет 612 МДж/м2, а поглощенная —
около 520 МДж/м2, таким образом, расход тепла со стоками ле-
том не превышает 1,5% от приходных естественных составляю-
щих.
- 60 -
3.7. Пространственная неоднородность эмиссии
техногенного тепла
Составляющие техногенного теплового баланса на террито-
рии города имеют выраженную пространственно-временную из-
менчивость. Пространственная изменчивость связана с различи-
ями в «теплотности застройки» [48]. На рис. 3.8—3.10 приведе-
ны карты Москвы, отображающие величину потоков тепловой
энергии техногенного происхождения трех временных интерва-
лов — зимы, лета и в среднем за год. Зима и лето представлены
их центральными месяцами, январем и июлем соответственно,
поскольку именно эти месяцы характеризуются экстремальны-
ми в течение года размерами составляющих техногенного теп-
лового баланса.
Размер потребления всех видов энергоресурсов зависит от
типа застройки, ее плотности и функционального использования
{табл. 3.10). Наибольшей теплотностью обладают территории, за-
нятые плотной застройкой смешанного назначения — жилой и
административно—коммерческо—деловой, расположенной в цен-
тральных частях или на средней периферии города и формирую-
щей его градостроительный каркас. Расход тепла на ОВ и ГВС
таких застроек в зимнее время составляет более 0,5 кВт на 1 м2
территории города при том, что приход суммарной солнечной ра-
диации при ясном небе днем (12—13 час) в январе составляет
лишь немногим более 0,2 кВт/м2. На межмагистральных терри-
ториях теплотность застроек в 2—5 раз меньше, причем обычно
плотность застройки понижается с увеличением размера террито-
рии. Это происходит за счет размещения внутри больших кварта-
лов озелененных территорий и объектов КБО, имеющих малую
этажность при фиксированной территории занимаемых участков,
а также уменьшения коэффициента одновременности потребле-
ния тепловой энергии при увеличении числа потребителей.
Таблица 3.10. Теплотность застроек Москвы
Характер использова- ния терри- тории Единица измере- ния Территории города
городской градостро- ительный узел примагис- тральные террито- рии межмагистральные территории с размером кварталов
< 5 га 5—10 га 10—50 га
Теплотность кВт/м2 0,535 0,233— 0,466 0,210- 0,512 0,093— 0,210 0,140
- 61 -
Величины теплотности не учитывают отвод части подавае-
мой тепловой энергии в канализацию со сточными водами, по-
этому не совсем точно отражают размер эмиссии этой части тех-
ногенного тепла в окружающее пространство.
Средние за январь показатели теплотности, рассчитанные по
фактическим данным, составляют от 220 МДж/м2 в городских
градостроительных узлах до 60 МДж/м2 на межмагистральных
территориях с низкоплотной застройкой жилого, преимуще-
ственно жилого и смешанного назначения. На территориях про-
изводственных и коммунально-складских зон показатели теплот-
ности в январе ниже и составляют от 27 до 137 МДж/м2. В лет-
нее время теплопотребление сокращается в 5—7 раз по сравне-
нию с зимой. Вследствие этого показатели теплотности в июле
снижаются до значений 35 МДж/м2 и менее на жилых террито-
риях и 15 МДж/м2 и менее на территориях производственного
назначения, т.е. до величины, составляющей не более 3—5% от
поглощенной солнечной радиации. За счет этого теплопотребле-
ние перестает играть ведущую роль в тепловом балансе всех уча-
стков города — как городских узлов с высокой плотностью заст-
ройки, так и на больших по площади межмагистральных терри-
ториях.
Пространственная неоднородность потребления электро-
энергии, также как и потребление тепла, связана, в основном, с
неравномерностью распределения по территории города общей
площади застройки, плотности населения, улично-дорожной
сети и функциональным назначением различных территорий.
Электрические нагрузки районов жилой застройки в зависимо-
сти от их плотности могут различаться в 1,5 и более раз {табл.
3.17). Наибольшее количество электроэнергии, не считая пром-
площадок самих ТЭЦ, потребляется на территориях высоко-
плотной жилой и коммерческо-деловой застройки, наименьшее,
не считая городских лесов и лесопарков, на территориях при-
родного комплекса города с низким уровнем благоустройства.
В среднем за январь электропотребление на территории города
находится в пределах от 37 МДж/м2хмес. в плотно застроен-
ных районах ЦАО и некоторых производственных зонах («Па-
велецкая», «Улица Правды», «Соколиная гора») и до 10—
15 МДж/м2хмес. в районах с низкой плотностью застройки.
В дневные и ночные часы, а также в летнее время, потребле-
ние электроэнергии, в среднем, падает. Плотность потребления
электроэнергии в июле в большинстве районов жилой и смешан-
ной застройки составляет 8—12 МДж/м2, на территориях про-
изводственного назначения — 10—15 МДж/м2. Таким образом,
- 62 -
этот компонент техногенного теплового баланса не в состоянии
оказать существенного воздействия на структуру суммарного
теплового баланса города.
Таблица 3.11. Максимальные электрические нагрузки жилых
районов
Единица измерения Территории города
городской градострои- тельный узел примагист- ральные территории межмагистральные территории с размером кварталов
< 5 га 5—10 га 10-50 га
Вт/м2 35 30 25 22 20
Годовые значения эмиссии техногенного тепла в окружающее
пространство (см. рис. 3.8) находятся, в основном, в пределах
900—1600 МДж/м2хгод. Наименьшие значения характерны для
низкоплотной жилой застройки с высокой долей озеленения (МР
Гагаринский, Академический, Щукино, Чертаново-Южное, По-
кровское-Стрешнево) и производственных зон с низкой степенью
освоенности (ПЗ «Теплый стан») или тех, на которых размещены
большие по площади производства и объекты с низкой энергоем-
костью по отоплению и электроснабжению — «ТСХА» (теплич-
ное хозяйство), «Курьяново» (Курьяновская станция аэрации,
аэротенки). Максимальная плотность годовой эмиссии техноген-
ного тепла в окружающее пространство характерна для централь-
ной части города и ряда производственных зон, расположенных
на его средней периферии, особенно ее южной и северной частей.
За счет этого создается как бы «ось» теплового загрязнения при-
земного слоя атмосферы, проходящая через центр Москвы и ори-
ентированная в меридиональном направлении. Эта ось также при-
сутствует и на январской карте (см. рис. 3.10), однако выражена
не так контрастно. На июльской карте потоков техногенного теп-
ла эта ось размыта, там в качестве наиболее энергоактивной зоны
выделяются центральные и юго-восточные территории города.
Справочная таблица к рис. 3.8.
Муниципальные районы
CBAO 5 Сев. Медведково 11 Ростокино
6 Лосиноостровский 12 Свиблово
1 Северный 7 Ярославский 13 Останкинский
2 Лианозово 8 Южи. Медведково 14 Алексеевский
3 Бибирево 9 Бабушкинский 16 Бутырский
4 Алтуфьевский 10 Отрадное 17 Марфино
См. продолжение
-63 -
Продолжение табл.
Муниципальные районы
ВАО 18 Богородское 19 Сокольники 20 Метрогородок 21 Гольяново 22 Сев, Измайлово 23 Соколиная Гора 24 Преображенское 25 Измайлово 26 Вост, Измайлово 27 Перово 28 Ивановское 29 Вешняки 30 Косино-Ухтомский 31 Новокосино 32 Новогиреево 33 Восточный ЮВАО 34 Лефортово 35 Южнопортовый 36 Нижегородский 37 Печатники 38 Рязанский пр. 39 Текстильщики 40 Кузьминки 41 Выхино-Жулебино 42 Люблино 43 Марьино 44 Капотня ЮАО 45 Даниловский 46 Донской 48 Нагатино-Садовники 49 Нагатинский Затон 50 Чертаново Центр. 51 Чертаново Сев, 52 Москворечье-Сабурово 53 Царицыно 56 Братеево 55 Зябликово 56 Орехово-Борисово Южн. 57 Орехово-Борисово Сев. 58 Бирюлево Вост. 59 Чертаново Южн. 60 Бирюлево Зап. ЮЗАО 61 Гагаринский 62 Академический 63 Ломоносовский 64 Черемушки 65 Котловка 66 Згозино 67 Обручевский 68 Теплый стан 69 Коньково 70 Ясенево 71 Южн. Бутово 72 Сев. Бутово ЗАО 73 Просп, Вернадского 74 Тропарево-Никулино 75 Ново-Переделкино 76 Солнцево 77 Филевский парк 78 Дорогомилово 79 Крылатское 80 Кунцево 81 Мосфильмовский-Ра- менки 82 Можайский 83 Очаково-Матвеевское 84 Фили-Давыдково СЗАО 85 Хорошево-Мневники 87 Митино 88 Покровское-Стрешнево 89 Южн. Тушино 90 Северное Тушино 91 Куркино 92 Щукино 93 Рублево САО 94 Молжаниновский 95 Хорошевский 96 Беговой 97 Аэропорт 98 Савеловский 99 Сокол 100 Войковский 101 Коптево 102 Тимирязевский 103 Головинский 104 Левобережный 105 Ховрино 106 Зап, Дегунино 107 Вост. Дегунино 108 Бескудниковский 109 Дмитровский ЦАО 110 Тверской 111 Мещанский 112 Красносельский 113 Басманный 114 Пресненский 115 Арбат 116 Китай-Город 117 Таганский 118 Замоскворечье 119 Якиманка 120 Хамовники
Производственные зоны
1 Павелецкая 2 Варшавское шоссе 3 Донские улицы 5 Магистральные ул 6 Силикатные ул, 7 Боткинский пр, 8 Пл. Развилки 9 Ул, Правды 10 Владыкино 11 Огородный пр. 12 ТСХА И Коптево 14 Завод Калибр 15 Алексеевские ул. 16 Митьковская ветка 20 Семеновская 21 Кирпичные ул. 22 Соколиная гора 23 Серп и молот 24 Карачарово 25 Волгоградский пр. 26 Южный порт 27 ЗИЛ 28 Ленино 29 Нагатино 30 Коломенское 31 Каширское шоссе 32 Котлякове 33 Верхние Котлы 34 Черемушки 35 Воронцово 36 Красный Строитель 37 Очаково 38 Кунцево 39 Бережковская наб, 40 Фили 41 Октябрьское поле 42 Тушино 43 Трикотажная 44 Братцево 45 Авиамоторная 46 Коровино 47 Вагоноремонтная 48 Дегунино-Лихоборы 49 Бескудниково 50 Алтуфьевское ш. 51 Медведково 52 Северянин 53 Калошино 54 Прожектор 55 Перово 56 Грайвороново 57 Курьяново S8 Люблино-Перерва 59 Чагино-Капотня 62 Теплый стан 63 Выхино 65 Чертаново 66 Митино 70 Бутово 71 Солнпево 72 Бирюлево 73 Западный порт 74 Осташковское шоссе 75 Свиблово
- 64 -
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Эмиссия тепла (МДжЬт1. год)
100.0
ВИ 300,0
[ j менее 900.0
i ] 900. (-1000.0
О 1«Ю,1-П00,0
|' '-"ч] 1100,1-1200,0
ИЩИ 1200,1-1300,0
ДИ 1300,1-1400,0
Ий 1400,1-1500,0
УУ 1500,1-1600,0
УУ 1600,1 и более
Мощность оепмяых сточанко»
эяергоспябжоии* РТС, ТЭЦ (МВт}
ТЭЦ РТС
* менее 100 * менее 200
• 101-1000 • 201-400
• 1001-1500 • 401-700
Прочие обозначения
территории производственного
77///. и коммунального назначения
водные поверхности
номера муниципальных районов
1^и номера оронзмдствеаных зон
1CQ0 0 «00 8000 Мэтр»
Рис. 3.8. Эмиссия техногенного тепла в окружающее пространство, год
- 65 -
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Эмиссия тепл» (МДж/м’-иес.)
[Wg? 10,0
ЙИш
| | менее 30,0
Г ] 30,1-40,0
| 40,1-50,0
50,1-60,0
60,1 и более
Мощность основных источников
эмерсоснвбжсияя РТС, ТЭЦ (МВт)
ТЭЦ РТС
• меню 100 • менее 200
• 101-1000 • 201-400
• 1001-1500 • 401-700
Прочие обоиачсняя
'////У/ территории производственного
ww. и коммунального назначения
водные поверхности
им номера муниципальных, районов
*_л номера производственных зон
1500 О 1500 3000 Метро»
Рис. 3.9. Эмиссия техногенного тепла в окружающее пространство,
июль
66
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Эмиссии тепла (МДж/м’«мес.)
liraiiiao
USB
|...I макс 100,0
Г...'] 100,1-125.0
[73 125.ЫМ0
Г'З 150,1-175,0
FOB 175,1-200,0
ЕО 200,1-225,0
м 225,1 и более
Мощность основных источников
энергоснабжения РТС, ТЭЦ (МВт)
ТЭЦ
• менее 100
• 101-1000
• 1001-1500
РТС
• кексе 200
• 201-400
• 401-700
Прочие обоишчеиня
| I особо охралгемые природные территории
'/////. территории производственного
'/7//V. и коммунального назначения
полные поверхности
1-1И номера муниципальных районов
т_т» номере производственных эон
1500
1&Ю
3000 Метров
Рис. 3.10. Эмиссия техногенного тепла в окружающее пространство,
январь
67
3.8. Интенсивность аномалий теплового баланса j
Диаграммы, отображающие соотношение приходных частей j
теплового баланса Москвы в пределах МКАД в июле и январе >
(рис. 3.11\ позволяют сделать вывод, что летом основную часть j
тепла деятельная поверхность и приземный слой атмосферы по-
лучают за счет поглощения солнечной радиации. Вклад техно-
генной эмиссии тепла при этом составляет 12,4%. Зимой сум-
марная радиация сокращается, альбедо увеличивается в несколь-
ко раз, но еще больше возрастает потребление тепловой и элект-
рической энергии. В результате ведущая роль в тепловом балан-
се переходит от поглощенной солнечной радиации к эмиссии .
техногенного тепла, доля которого превышает 2/3 от всей сум-
мы приходных частей теплового баланса.
438,8 ПДж
67,6%
-поглощенная
радиация
!ЕМИ -природный
газ
топливо
Рис. 3.11. Соотношение приходных частей теплового баланса Москвы
(ПДж = 1015 Дж)
По сравнению с естественными условиями положительная
аномалия теплового баланса связана не только с техногенным
потреблением энергоресурсов, но и с преобразованием физиче-
ских свойств поверхности деятельного слоя (см. выше). Город,
создавая собственные дополнительные потоки энергии, перерас-
пределяет и естественные ее потоки. Поэтому для понимания
причин формирования специфических мезоклиматических усло-
вий в городе представляет интерес анализ структуры положи-
тельных аномалий теплового баланса и ее сравнение со структу-
рой теплового баланса окружающих город территорий.
Анализ структуры положительных аномалий теплового ба-
ланса (рис. 3.12) показывает, что летом положительная анома-
лия более чем наполовину формируется за счет преобразования
физических свойств поверхности деятельного слоя, а в зимнее
- 68 -
время основной причиной формирования положительной разно-
сти теплового баланса является эмиссия техногенного тепла в
окружающее пространство.
Рис. 3.12. Структура положительных аномалий теплового баланса
Москвы: АВК — аномалия поглощенной радиации, ALE — аномалия рас-
хода тепла на испарение, AQF ~ техногенный тепловой баланс (ПДж =
= 1015 Дж)
Из анализа структуры аномалий теплового баланса вытекает
еще одна важная закономерность: ведущей причиной возникно-
вения положительной аномалии в летнее время является дефи-
цит влаги, доступной для испарения, возникающий за счет дре-
нирования территории города системой ливневой канализации.
За счет этого на испарение в июле недорасходуется почти в 2 ра-
за больше энергии, чем дополнительно получается территорией
города из-за снижения ее альбедо. В зимнее время, когда затра-
ты на испарение незначительны, аномалия затрат тепла на испа-
рение между Москвой и областью составляет менее 1% от сум-
марной аномалии. Аномалия поглощенной радиации также пе-
рестает играть сколько-нибудь заметную роль из-за низких зна-
чений суммарной радиации, даже несмотря на увеличение кон-
траста значений альбедо между Москвой и пригородами.
Отсюда следует вывод о том, что если при градостроитель-
ном развитии территории следовать принципу «климатозащи-
ты», т.е. максимального сохранения фоновых климатических па-
раметров ради сохранения естественных ландшафтов, включае-
мых в городскую среду, основные мероприятия по мелиорации
микроклиматических условий в застройке должны идти по пути
приближения структуры теплового баланса к естественным ус-
ловиям за счет увеличения интегрального альбедо городской за-
стройки, снижения коэффициента стока и увеличения испаре-
- 69 -
ния с городской территории. Первое условие достигается при-
менением для кровель, фасадов и мощения светлых материалов
с высокой отражательной способностью. Второе условие осуще-
ствляется увеличением доли озелененных территорий в балансе
городской застройки. Причем для достижения максимального
эффекта в структуре озеленения предпочтение должно отдавать-
ся широколиственным породам деревьев, например, каштану
конскому, липе, ясеню. Более подробно микроклиматические
свойства зеленых насаждений обсуждаются в Главе 17.
Глава 4
Ветровой режим в городах
Изменение ветрового режима под влиянием городской за-
стройки, с одной стороны, является достаточно очевидным, с дру-
гой стороны, подчиняется довольно сложным законам гидротер-
модинамики, а потому далеко не тривиально. Сама по себе город-
ская застройка, имея более высокий коэффициент шероховатости,
чем большинство природных ландшафтов, снижает скорость воз-
душного потока у земли, хотя за счет повышенной теплоотдачи в
атмосферу город создает мезомасштабную термическую конвек-
цию, что может усиливать скорость ветра на фоне штилевых ус-
ловий. Есть и более сложные механизмы косвенного влияния го-
родов на скорость ветра, например — стимулирование образова-
ния кучевой облачности за счет эмиссии ядер конденсации и, как
следствие, усиление скорости ветра при прохождении этих обла-
ков над городскими районами. Таким образом, неправильно было
бы говорить только о снижении скорости ветра в городах, но ут-
верждать обратное тоже было бы ошибкой. Сравнение характери-
стик скорости ветра, по данным наблюдений в городах и их при-
городах, показывает, что средние значения в городе, как правило,
ниже. В среднем за год снижение скорости ветра в крупных горо-
дах по сравнению с их окрестностями составляет 30%, а количе-
ство штилей возрастает на 20% [103].
4.1. Общие понятия о ветре
Ветер — это движение воздушных масс относительно поверх-
ности земли с преобладанием горизонтальной скорости. Ветер
возникает в результате различий атмосферного давления в раз-
ных точках земной поверхности. За направление ветра прини-
мают то направление, откуда перемещается воздух («дует ве-
- 70 -
тер»). Скорость этого движения неодинакова во времени и про-
странстве, поэтому при анализе климатических характеристик
какой-либо территории говорят о ее ветровом режиме — про-
странственно-временном распределении характеристик ветра
(направления, скорости и порывистости). Ветровой режим —
одна из важнейших климатических характеристик, определяю-
щих размер, форму и композицию зданий и сооружений, усло-
вия произрастания растительности и жизнедеятельности людей
на территории городов. С градостроительной точки зрения вет-
ровой режим определяет ширину и направление улиц, взаимо-
расположение 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 архи-
тектурно-климатического анализа и проектной деятельности.
В 1806 году английский адмирал Ф. Бофорт (Admiral Sir
Francis Beaufort) разработал условную шкалу для визуальной оцен-
ки силы (а говоря точнее, скорости) ветра по его действию на на-
земные предметы или по волнению на море. В 1963 году Всемир-
ная метеорологическая организация уточнила шкалу Бофорта
(табл. 4.1). К концу прошлого века шкала получила широкое при-
знание и применение, в том числе для целей градостроительства и
ведения городского хозяйства. Существует и другой вариант шка-
лы Бофорта, построенный по признакам воздействия на людей. Эта
шкала будет обсуждаться в части 2 настоящей книги.
Существенное экологическое и архитектурно-строительное
значение имеет вертикальный профиль скорости ветра, который
отражает зависимость скорости от высоты над поверхностью
земли. Вертикальный градиент скорости ветра зависит от мно-
гих факторов, в первую очередь — от шероховатости подстилаю-
щей поверхности и высоты вертикального перемешивания ат-
мосферы, вызванного термической конвекцией (стратификаци-
ей атмосферы). За счет сил трения с элементами рельефа, зеле-
ными насаждениями, зданиями и другими искусственными со-
оружениями в приземном слое скорость ветра всегда ниже, чем
на высоте, в свободной атмосфере.
По мере увеличения высоты изменяется и направление вет-
ра — он в меньшей степени отклоняется от направления изобар
(линий, соединяющих точки с одинаковым атмосферным давле-
нием) на той же высоте. Слой атмосферы, где на направление и
скорость движения воздушных масс оказывает действие сила
трения с поверхностью земли, называется планетарным погра-
ничным слоем атмосферы (ППС). На верхней границе ППС
- 71 -
сила трения пренебрежимо мала, воздух перемещается под дей-
ствием барического градиента и силы Кориолиса. Направление
ветра практически совпадает с направлением изобар, ветер ста-
новится геострофическим. Высота верхней границы ППС в ес-
тественных условиях чаще всего составляет около 1,5 км и зави-
сит от аэродинамических свойств подстилающей поверхности и
термической стратификации воздуха. При малой шероховатости
подстилающей поверхности и устойчивой стратификации атмос-
феры толщина ППС минимальна.
Если спроецировать в одну плоскость векторы скорости ветра
над одной и той же точкой Земли на различных высотах при пря-
молинейном установившемся движении воздушного потока с по-
стоянными значениями барического градиента, плотности и коэф-
фициента внутреннего трения, получится характерная логарифми-
ческая спираль, носящая название «спирали Экмана» (рис. 4.1).
Таблица 4.1. Шкала Бофорта
Баллы Бо- форта Скорость ветра, м/с (км/час) Характеристика ветра
0 <0,3 (<1) Штиль. Полное отсутствие ветра. Дым из труб поднимается вертикально. Вымпелы и листья на деревьях неподвижны. Мо- ре — зеркально гладкое
1 0,3-1,4 (1-5) Тихий. Ветер еще не приводит в движение флюгер, но уже относит дым. Дым подни- мается наклонно, указывая направление ветра. На море появляется рябь, но пены на гребнях нет
2 1,5-3,0 (6—11) Легкий. Ветер ощущается лицом как лег- кое дуновение. Шелестят листья. Флюгер приходит в движение. Гребни на волнах не опрокидываются
3 3,1-5,4 (12-19) Слабый. Непрерывно колышутся листья и тонкие ветви деревьев. Развеваются лег- кие флаги. Гребни волн, уже хорошо вы- раженных, опрокидываясь, образуют стек- ловидную пену. Изредка возникают ма- ленькие белые барашки
4 5,5-7,9 (20-28) Умеренный. Ветер поднимает с земли пыль, бумажки, листья, приводит в дви- жение тонкие ветви деревьев даже без листвы. Волны на море удлиненные, бе- лые барашки видны во многих местах
См. продолжение
- 72 -
Продолжение табл. 4.1
Баллы Бо- форта Скорость ветра, м/с (км/час) Характеристика ветра
5 8,0-10,7 (29-38) Свежий. Вытягивает большие флаги. Ка- чаются тонкие стволы деревьев. Начина- ет качать большие деревья. Вызывает легкий свист в ушах. Волны на море еще не очень крупные, но повсюду видны бе- лые барашки
6 10,8-13,7 (39-49) Сильный. Качаются толстые сучья. Гудят телефонные провода. Свистит около до- мов и других неподвижных предметов. Образуются крупные волны. Белые пени- стые гребни занимают значительные пло- щади
7 13,8-17,0 (50-61) Крепкий. Качаются стволы деревьев. Идти против ветра трудно. Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полоса- ми по ветру
8 17,1-20,7 (62-74) Очень крепкий. Ветер ломает сучья деревь- ев, идти против ветра очень трудно. Вол- ны на море — умеренно высокие, длин- ные. По краям гребней начинают взлетать брызги
9 20,8—24,5 (75-88) Шторм. Ветер срывает черепицу и дымо- вые колпаки. Волны на море высокие. Пена широкими плотными полосами ло- жится по ветру. Гребни волн опрокидыва- ются и рассыпаются в брызги, ухудшая видимость
10 24,6-28,4 (89-102) Сильный шторм. Ветер разрушает строе- ния, с корнем вырывает деревья. Волны очень высокие, с загибающимися вниз гребнями. Сильный грохот волн подобен ударам. Поверхность моря белая от пены, которую ветер выдувает большими хлопь- ями. Видимость на море плохая
11 28,5-32,6(103-117) Жестокий шторм. Волны на море на- столько высоки, что суда небольшого и среднего размера временами скрываются из вида. Края волн повсюду сдуваются в пену. На суше столь сильный ветер на- блюдается редко
12 >32,7 (>118) Ураган. Море все покрыто полосами пены. Воздух наполнен пеной и брызгами. Ви- димость очень плохая
- 73 -
1000
Рис. 4.1. Обобщенная схема изменения вектора скорости ветра с вы-
сотой (слева — спираль Экмана, справа — вертикальный профиль над
ровной поверхностью)
4.2. Ветер и рельеф
Из всех метеорологических элементов ветер подвержен наи-
более сильному воздействию со стороны рельефа и различного
рода препятствий. Воздушный поток пересеченной местности
испытывает аэродинамическое и термодинамическое воздей-
ствие. Первое выражается в изменении скоростей и направлений
ветра на различных формах рельефа в силу их механического
влияния, называемого динамической конвекцией, второе — в
возникновении местных циркуляционных механизмов: бризов,
горно-долинной циркуляции и т.д.
Усиление ветра наблюдается на вершинах холмов, на навет-
ренных склонах, иногда на параллельных ветру склонах. Ослаб;
ление скоростей ветра происходит позади препятствий на под-
ветренных склонах и на отрицательных формах рельефа.
Изменение направления ветра вследствие отклонения воз-
душного потока от основного течения определяется особенно-
стями распределения препятствий на пути следования воздуш-
ного потока. В верхних частях подветренных склонов в резуль-
тате срыва струй при переваливании потока возникает вихревая
зона, направление ветра неустойчиво и возможны направления,
противоположные основному потоку.
Указанная закономерность имеет идеализированный харак-
тер, поскольку в реальных условиях рельеф представляет собой
не отдельный холм на плоской поверхности, а совокупность эле-
ментов различной формы и размера, которые изменяют струк-
туру воздушного потока еще до его подхода к рассматриваемому
элементу рельефа. Чтобы «избавиться» от эффекта воздействия
- 74 -
окружающего рельефа, рассматривая какой-либо холм или впа-
дину в первом приближении, можно рассматривать их как от-
дельные элементы, учитывая при этом, что скорость ветра в рай-
оне их расположения будет несколько ниже, чем при размеще-
нии этого элемента на открытом пространстве, а интенсивность
вертикального и горизонтального перемешивания, наоборот,
выше [128].
Термодинамическое воздействие холмистого рельефа на ве-
тер в ночное время проявляется в виде нисходящих течений,
которые часто прослеживаются при антициклональной погоде с
небольшими скоростями градиентного ветра. Наличие таких вет-
ров на холмистом рельефе приводит к образованию зон застоя в
понижениях и к большему различию температур воздуха между
повышенными и пониженными участками. Днем, вследствие ин-
тенсивного турбулентного обмена, сглаживающего микроклима-
тические различия, и при сравнительно больших скоростях вет-
ра в основном потоке, термодинамические восходящие течения
вверх по склону обычно мало заметны.
Изменения скорости ветра приводят к изменению темпера-
туры и влажности воздуха. Растения на склонах находятся в
худших, чем на равнинах, условиях увлажнения. Поэтому ослаб-
ление ветра, уменьшающее испарение, является положительным
фактором, а усиление — отрицательным. При микроклиматиче-
ской оценке территории с точки зрения развития систем озеле-
нения необходимо учитывать зависимость преобладающего на-
правления ветра от местных орографических препятствий.
В качестве показателя изменения скорости воздушного по-
тока на различных участках рельефа в отечественной литерату-
ре используется коэффициент К, который представляет собой
отношение скорости ветра в какой-либо конкретной точке рель-
ефа к его скорости на открытом ровном месте (табл. 4.2). При-
веденные в табл. 42 значения применяются к склонам крутиз-
ной до 10° и относятся к двум градациям скоростей ветра на от-
крытом ровном месте — 3—5 и 6—10 м/с. Основные закономер-
ности сохраняются и при более сильных ветрах.
Для районов с умеренными скоростями ветра, к которым от-
носится и Москва, можно определить степень благоприятности
различных форм рельефа (табл. 4.3) исходя из общих законо-
мерностей распределения ветрового потока в условиях пересе-
ченного рельефа. Таким образом, можно заранее оценить ветро-
вые условия на территории застройки и выбрать при ее уплот-
нении наиболее эффективные архитектурно-планировочные ре-
шения для создания благоприятной среды обитания.
- 75 -
Таблица 4.2. Коэффициенты изменения скорости ветра в различ-
ных условиях рельефа относительно ровной поверхности [50]
Форма рельефа Скорость ветра на ровном месте на высоте 2 м (по данным метеостанции)
3—5 м/с 6—10 м/с
Открытое ровное место 1 1
1. Открытые возвышения (холмы)
Вершины высотой, м:
более 50 1,4-1,5 1,2-1,3
менее 50 1,3-1,4 1,1-1,2
Наветренные склоны крутизной 3—10°:
верхняя часть 1,1-1,3 1,1-1,2
средняя часть 1—1,1 1-1,1
нижняя часть 1 0,9-1
Параллельные ветру склоны крутизной 3-10°:
верхняя часть 1,1-1,2 1-1,1
средняя часть 0,9-1 0,8-0,9
нижняя часть 0,8-0,9 0,7-0,8
Подветренные склоны крутизной 3—10°:
верхняя часть 0,8-0,9 0,7-0,8
средняя часть 0,8-0,9 0,8-0,9
нижняя часть 0,7-0,8 0,7-0,8
2. Возвышения с плоскими вершинами и пологими склонами
Вершины, верхняя часть наветренных и подветренных склонов крутизной 1—3° 1,2-1,4 0,8-0,9
Средняя и нижняя часть наветренных и параллельных ветру склонов крутизной 4-10° 1,1-1,2 1,1-1,3
Средняя и нижняя часть подветренных склонов крутизной 4—10“ 0,7-0,9 1,1-1,2
3. Долины, лощины, овраги
Дно и нижняя часть склонов, долин, лощин, оврагов: 1,1-1,2 1,2-1,3
продуваемых ветром
непродуваемых ветром 0,7-0,8 0,7-0,8
замкнутых 0,6 и менее 0,6 и менее
Средняя и верхняя часть склонов, долин, лощин, оврагов: 1,2-1,3 1,1-1,2
продуваемых ветром
непродуваемых ветром 0,8-0,9 0,8-0,9
замкнутых 0,6 и менее 0,6 и менее
- 76 -
Таблица 4.3. Оценка благоприятности рельефа по ветровому ре-
жиму [64]
Общая оценка Степень благоприятности форм рельефа
вершины и возвышения с плоскими вершинами и пологими склонами склоны долины, лощины, овраги
навет- ренные парал- лельные ветру подвет- ренные проду- вае- мые непро- дувае- мые
1 2 3 1 2 3 1 2 3
Районы с уме- ренными ско- ростями ветра (повторяе- мость ветра 3—5 м/с свы- ше 50%, более 5 м/с — менее 20%) неблагоприят- ные умеренно благо- прият- ные благо- прият- ные умеренно благоприят- ные
Примечание: цифрами 1, 2, 3 обозначены, соответственно, верхняя, сред-
няя и нижняя части склонов.
При оценке скорости ветра в той или иной формах рельефа
необходимо учитывать шероховатость поверхности земли. Ско-
рость ветра в приземном слое существенно снижается, если мест-
ность покрыта растительностью. Чем выше и гуще зеленые на-
саждения, тем больше тормозится воздушный поток под их по-
логом и с подветренной стороны. В табл. 4.4 приведены коэф-
фициенты (ТС) снижения скорости ветра в приземном слое на
высоте 2 м по отношению к скорости ветра на высоте 10 м под
влиянием растительного покрова.
Таблица 4.4. Коэффициенты изменения скорости ветра К на
высоте 2 м по отношению к высоте Юм
Вид поверхности К
Густой лес 0,0
Густой кустарник высотой 3 м 0,2
Редколесье и листопадный лес зимой 0,4
Разреженный кустарник высотой 2 м 0,5
Луг 0,8-0,9
Пашня 0,9
Каменистая поверхность (глыбы) 0,4-0,8
- 77 -
Таблица 4.5. Микроклиматические особенности рельефа в условиях Москвы [64] и Московского региона
Формы рельефа Метеорологические элементы
прямая солнечная радиация скорость ветра температура воздуха на высоте 2 м влажность воздуха снежный покров
Вершины — усиление скорости в 1,4 раза понижение, в среднем, на 2°С наиболее су- хие —
Южные скло- ны увеличение в XII—II месяцах на 30%; в III— VIII месяцах на 10%; в IX—XI месяцах — на 20-40% усиление скорости на наветренных склонах в 1,1—1,3 раза; уменьше- ние на подветрен- ных — в 0,7 раза повышение уменьшение меньшая высота па наветренных склонах, боль- шая — на под- ветренных
Северные склоны уменьшение в XII—II месяцах на 30—70%; в II—V месяцах — на 10-20%; в VI—VIII месяцах — на 5—10%; в IX—XI месяцах — па 20-40% усиление скорости на наветренных склонах в 1,1—1,3 раза понижение меньшая высота на наветренных склонах, боль- шая — на под- ветренных
Река Москва усиление скорости в 1,2 раза, направление ветра вдоль долины реки понижение, в среднем, на 2°С увеличение влажности и уменьшение запыленности —
Акватории в не меньшей степени, чем рельеф суши, могут
изменять фоновые климатические условия. Поэтому проектиро-
вание жилых зданий, расположенных на берегах крупных водо-
емов, должно учитывать общие закономерности формирования
микроклимата вблизи водных объектов.
Изменение метеорологических элементов под влиянием от-
крытых водных поверхностей существенно зависит от величины
водного бассейна, положения по отношению к преобладающим
направлениям ветра, степени озеленения прибрежной террито-
рии и времени года. Небольшие пруды площадью до 10 га в лет-
нее время способствуют незначительному снижению температу-
ры воздуха на прилегающей территории (до ГС) и увеличению
относительной влажности воздуха до 8%. Бризовая циркуляция
на берегах таких водоемов развита слабо и проявляется только
в тихую, малооблачную погоду. Усиление градиентного ветра за
счет местной циркуляции не превышает 20—30%. Зона микро-
климатического влияния распространяется на расстояние не бо-
лее 50—70 м от уреза воды. Крупные водоемы имеют более за-
метный микроклиматический эффект, зона их влияния просле-
живается на десятки километров.
Все изложенные выше закономерности изменения микрокли-
матических характеристик в различных формах рельефа, встре-
чающихся на территории Москвы, сведены в табл. 4.5, данные
которой можно использовать для предварительной мезо- и мик-
роклиматической оценки застраиваемой территории.
4.3. Ветер в застройке
Застройка, так же как и рельеф, оказывает на ветер динами-
ческое и термодинамическое воздействие, о чем говорилось
выше. В реальных городских условиях вертикальный профиль
ветра отличается от распределения скоростей ветра над ровной
территорией. Эти различия не одинаковы на разных участках и
зависят от плотности застройки, ее высотности, контрастности
и других морфометрических показателей и характера благоуст-
ройства (рис. 4.2).
В большинстве случаев воздействие городской застройки на
скорость ветра выражается в увеличении числа безветренных и
маловетреных (V < 2 м/с) дней в городе и снижении максималь-
ной скорости ветра в среднем на 10—30% по сравнению с неза-
строенной пригородной территорией. На территориях с застрой-
кой повышенной плотности и внутри групп зданий, образующих
замкнутые и полузамкнутые внутридворовые пространства, ско-
рость ветра снижается на 70% и более.
- 79 -
Рис. 442. Обобщенная, схема вертикального профиля скорости ветра
над центром города, его периферией и в пригороде
С другой стороны, за счет образования на территории города
«острова тепла» город формирует свою мезомасштабную атмос-
ферную циркуляцию по циклоническому типу. За счет этого на <
фоне размытого барического поля над территорией Москвы, на-?
пример, летом образуется барическая депрессия, в которой ско-
рость ветра может быть выше (1—3 м/с), чем на окружающих го-
род территориях. На окраинах города также может наблюдаться
мезомасштабная циркуляция «бризового» типа: днем и вечером
ветер дует из пригородов к центру города за счет возникающей
над городом термической конвекции. В связи с этим на террито-
рии города, особенно его окраинах, также может наблюдаться уси-
ление скорости ветра по сравнению с ближними пригородами.
При обтекании отдельных зданий за счет аэродинамического .
сопротивления возникает перераспределение давления в призем-
ном слое атмосферы (рис. 4.3}. В зонах торможения перед пре-
пятствиями давление воздуха увеличивается. В тылу препят-:
ствий, там, где возникают вихревые движения, давление, наобо-
рот, падает. Этот перепад давления и является основной причи-
ной отклонения препятствий (например — деревьев или реклам-
ных щитов) в сторону по направлению потока [108].
В условиях застройки высокой плотности ветровой режим над
кровлями зданий и внутри застройки может иметь весьма суще-
ственные различия, зависящие от соотношения высоты зданий к
расстоянию между ними [133] и их взаимного расположения
(рис. 4.4). Слой от уровня земли до высоты, на которой ветровой
поток начинает обтекать застройку как единое
препятствие,
в ли-.
!
тературе по городской климатологии получивший название «по-
лог города», стал объектом самостоятельного изучения.
- 80 -
Мах.10.2
Рис. 43. Результаты моделирования перепада давления и скорости
движения воздуха в застройке
Вопросы обтекания воздушным потоком отдельных зданий и
сооружений относятся не столько к области городской климато-
логии, сколько к области архитектурной физики и в настоящей
книге подробно не рассматриваются. Отметим лишь, что эти воп-
росы в довольно широком диапазоне общих и частных случаев
изучены достаточно детально еще в середине XX века (c.w., напри-
мер, И.Э. Реттер «Архитектурно-строительная аэродинамика»).
Надежных количественных оценок изменения параметров
воздушного потока (изменение средней скорости в приземном
слое и высоты слоя перемешивания) при его прохождении через
городскую застройку в зависимости от ее морфологических па-
раметров (высоты, плотности, контрастности) до сих пор не най-
дено. Натурными наблюдениями и по результатам натурного и
математического моделирования установлено [110], что для по-
лучения достоверных теоретических оценок изменения характе-
ристик потока воздуха в застройке требуется такой объем де-
тальной информации о морфометрии застройки, что для прак-
тических целей применение существующих физически обосно-
ванных методов нецелесообразно. Достаточно сказать, что струк-
► тура поля ветра в городских условиях может полностью пере-
страиваться при изменении его направления всего на 10е отно-
, сительно застройки. Пока большинство исследователей придер-
живается мнения, что более или менее точной оценке поддают-
; ся изменения характеристик потока в регулярных (гомогенных)
". моделях, где одинаковые по габаритам здания расположены на
J одинаковых расстояниях друг от друга, а поверхность рельефа
| свободна от растительности и малых форм архитектуры, что да-
| леко от реальных условий.
- 81 -
Рис. 4.4. Примеры обтекания воздушным потоком различных типов
застройки [по 132]: а — отдельно стоящие здания (соотношение рас-
стояния между зданиями Шких средней высоте В составляет Ш/В >
> 0,4 для кубической формы и Ш/В > 0,3 для вытянутой формы зда-
ний; б — среднеплотная застройка (В/Ш >0,7 для кубической формы
и В/Ш > 0,65 для вытянутой формы зданий); в — высокоплотная за-
стройка
4.4. Особенности ветрового климата Москвы
Ветровой режим Москвы определяется двумя основными
факторами — условиями общей циркуляции атмосферы и нали-
чием городской застройки. Москва в целом представляет собой
мезомасштабное «препятствие» на пути ветра, поделенное внут-
ри себя на более мелкие, субмезомасштабные фрагменты (мик-
рорайоны, комплексы зданий) с различающимися аэродинами-
ческими параметрами, которые, в свою очередь, можно разде-
лить на микромасштабные объекты (отдельные здания, улицы,
скверы и т.д.). В зависимости от размеров препятствия и направ-
ления градиентного ветра масштаб и характер возмущений поля
ветра также могут быть разными [78].
- 82 -
Независимо от сезона, в соответствии с преобладанием в ус-
ловиях умеренных широт западного переноса воздушных масс,
в Москве преобладают ветры западной четверти горизонта. Ми-
нимальную повторяемость имеют ветры северо-восточной чет-
верти. Зимой наиболее часты западные и юго-западные ветры,
летом — западные и северо-западные.
Наиболее часто в Москве наблюдаются скорости ветра в пре-
делах 2—5 м/с. Повторяемость скоростей более 10 м/с невелика:
зимой не более 0,3%, летом — около 0,1%. Годовой ход скорости
ветра определяется закономерностями общей циркуляции атмос-
феры. Средняя скорость ветра зимой выше, чем летом на 0,5—
1,0 м/с, причем наибольшие скорости наблюдаются при ветрах
западных и северо-западных румбов.
Суточный ход скорости ветра практически отсутствует зи-
мой, а летом характеризуется максимумом в послеполуденные
часы и минимумом — в утренние. Это объясняется интенсифи-
каций конвекции и турбулентного перемешивания, которые вы-
зывают усиление ветра.
Пространственная неоднородность скорости ветра в Москве
имеет общие для всех равнинных городов черты. Скорость вет-
ра (средние и экстремальные величины) в центре ниже, чем на
периферии или за городом во все сезоны {табл. 4.6). Во все ме-
сяцы года месячные нормы скорости ветра на метеостанциях
ТСХА и Немчиновка (менее застроенные районы) в 1,5 раза
выше месячных норм на п/н «Балчуг» и «ВДНХ».
Таблица 4.6. Средняя и максимальная скорость ветра (м/с) по
месяцам и за год [56]
Характеристики Месяцы Год
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Центр (Балчуг)
Средняя Максимальная 2,8 14 2,8 12 2,7 17 2,4 9 2,4 9 2,3 9 2,2 9 2,2 9 2,1 10 2,6 17 2,6 14 2,7 9 2,5 17
Средняя периферия (МГУ)
Средняя Максимальная 3,1 16 3,0 12 2,9 12 2,9 12 2,6 12 2,5 10 2,3 10 2,3 10 2,6 10 3,0 12 3,0 12 3,1 12 2,8 16
С наветренной стороны (Немчиновка)
Средняя Максимальная 3,9 16 3,9 20 3,9 20 3,6 17 3,3 14 3,1 17 2,9 14 2,7 12 3,0 17 3,7 17 3,9 18 4,1 17 3,5 20
- 83 -
В биоклиматическом отношении ветер, наряду с тепловым
воздействием, является ведущим фактором, формирующим реак-
ции теплоощущения и процессы теплообмена. По динамическому
воздействию, не связанному с тепловыми ощущениями, ветер вы-
зывает у человека ряд физиологических ощущений (табл. 4.7).
Таблица 4.7. Ощущения человека в зависимости от скорости
ветра [23]
Скорость ветра, м/с Вероятное воздействие на людей, ощущение легко одетого человека
< 0,25 практически не ощущается
0,25—0,5 приятное
0,5-1,0 в общем приятное, но заставляющее помнить о движе- нии воздуха
1,0-1,5 от «слегка пронизывающего» до «неприятно пронизыва- ющего»
1,5-6,0 дискомфортное, с желательным использованием защит- ных мер
6,0-10,0 весьма дискомфортное, требующее защитных мер, угро- жающее здоровью
> 10,0 исключительно дискомфортное, соответствует опасным явлениям, требует усиленных мер защиты, угрожает здо- ровью и жизни
Примечание: характеристики воздействий приведены для ветра, дующе-
го с постоянной скоростью.
В городской застройке образование зон с повышенными ско-
ростями ветра может приводить к разрушению почвенного и
снегового покрова, искусственных покрытий, выполненных из
сыпучих материалов. Механическое воздействие ветра на такие
покрытия и поверхности называется ветровой эрозией, а сам
процесс ветрового переноса твердых частиц — дефляцией. Эро-
зия незадернованных почв начинается при достаточно низких
скоростях ветра на высоте 15 см от земли [13]:
супесчаная почва.......................... 3—4 м/с;
легкосуглинистая почва.................... 4—6 м/с;
тяжелосуглинистая почва.................. 5—7 м/с;
глинистая почва........................... 7—9 м/с.
Строительство высотных зданий, получившее широкое раз-
витие в последние годы, предъявляет повышенные требования к
учету ветрового режима в городской среде. Для таких зданий
требуется знание величин скорости ветра на разных высотах, >
для чего можно использовать расчетные скорости ветра на вы-;
- 84 -
сотах 100 и 200 м. Схема распределения скоростей ветра на этих
высотах по территорий страны приведена на рис. 4.5, а расчет-
ные скорости ветра на этих высотах, возможные раз в пять лет,
даны в табл. 4.8 [42].
Рис. 4.5. Схематическое районирование территории бывшего СССР
по расчетным скоростям ветра на высоте 100 и 200 м
Таблица 4.8. Расчетные скорости ветра на высотах
Н, м Районы
I II III IV V VI
10-12 21 24 27 30 34 37
100 27 31 34 38 42 46
200 30 34 38 42 46 51
300 32 36 40 44 49 54
500 34 39 44 49 54 58
Примечание: для сравнения в таблице приведены расчетные скорости
ветра на высоте флюгера (10—12 м), принятые, согласно СНиП, за нор-
мативные.
В заключение еще раз отметим, что поле скорости над горо-
дом почти всегда имеет сложную структуру. Даже в том случае,
когда погодная ситуация максимально проста (например, безоб-
лачное небо и слабый ветер в центре обширной зоны высокого
давления), небольшие локальные различия в свойствах подсти-
- 85 -
лающей поверхности, к которым относятся формы рельефа, па-
раметры застройки, вызывают неупорядоченные воздушные те-
чения. Поэтому широкие обобщения о влиянии городов на вет-
ровой режим, встречающиеся в литературе, могут быть, в луч-
шем случае, лишь отправными точками для понимания механиз-
мов этого влияния.
Глава 5
Особенности температурного режима городов
5.1. Общие сведения о температурном режиме
Как климатический показатель, температура воздуха интегри-
рует множество факторов климатообразования самого разного мас-
штаба — количество поступающей к поверхности земли солнечной
радиации, поглощающие и излучающие свойства подстилающей
поверхности и предметов (зданий, сооружений), на ней располо-
женных, преобладающие типы атмосферной циркуляции и свой-
ства приходящих с ней воздушных масс, условия облачности и т.д.
В физическом понимании температура (от лат. temperature —
надлежащее смешение, нормальное состояние) — величина, ха-
рактеризующая состояние термодинамического равновесия си-
стемы. Температура всех частей изолированной системы, нахо-
дящейся в равновесии, одинакова. Если система не находится в
равновесии, то между ее частями, имеющими различную темпе-
ратуру, происходит теплообмен. Более высокой температурой
обладают те среды, у которых средняя кинетическая энергия
молекул (атомов) выше. За единицу абсолютной температуры в
системе СИ принят Кельвин (Г, К). Значения температуры по
шкале Цельсия (t, С°) связаны с абсолютной температурой со-
отношением t= Т- 273,15 К (ГС = 1 К). В большинстве случа-
ев температура является главной характеристикой окружающей
среды, определяющей тепловые ощущения человека.
Значение температуры воздуха в приземном слое обладает
максимальной для всей атмосферы пространственно-временной
изменчивостью, обусловленной суточным и сезонным ходом теп-
лового баланса земной поверхности. Максимальные значения
температуры наблюдаются днем и летом, минимальные — зимой
и ночью. На эти ритмичные изменения температуры во времени
могут накладываться изменения, вызванные сменой воздушных
масс в процессе циркуляции атмосферы — т.н. адвективный фак-
тор, особенно значимый в холодное время года.
- 86 -
Термодинамическое взаимодействие приземного слоя атмосфе-
ры с подстилающей поверхностью и вышележащими слоями атмос-
феры приводит к формированию в нем вертикального градиента
температуры. В нормальных условиях температура воздуха с высо-
той падает до высоты 10—15 км. С высотой уменьшаются и выра-
женные у земли сезонный и суточный ходы температуры.
5.2. Происхождение «островов теплая и их интенсивность
Наиболее ярко влияние урбанизации на климат прослежива-
ется в тенденции к возрастанию температуры воздуха. Образую-
щиеся на территории городов устойчивые положительные ано-
малии температуры воздуха получили название «островов теп-
ла». Это явление, впервые описанное еще в XIX веке, возникает
по нижеследующим основным причинам [79].
1. Поступающие в атмосферный воздух различные примеси
от производственных объектов, транспорта и других источников
загрязнения атмосферы снижают прозрачность атмосферы, что
приводит к уменьшению прямой солнечной радиации. В то же
время увеличивается рассеянная радиация, что в сочетании с
техногенной эмиссией тепла приводит к появлению местного
«парникового эффекта».
2. В результате застройки интегральное альбедо территории
городов, как правило, уменьшается и, следовательно, увеличива-
ется доля поглощенной солнечной радиации по сравнению с ес-
тественными ландшафтами.
3. За счет сокращения площадей с открытым почвенным по-
кровом и зелеными насаждениями снижается расход тепла на
испарение, что приводит к росту теплового баланса.
4. В городах на нужды теплоснабжения, транспортное обслу-
живание и технологические процессы расходуется большое коли-
чество энергоресурсов. Большая часть вырабатываемой тепловой
энергии на территории города диссипируется в окружающее воз-
душное пространство и почвогрунты, приводя к их нагреванию.
5. Внутри застроенных территорий формируются зоны за-
стоя воздуха, которые препятствуют турбулентному перемеши-
ванию приземного слоя атмосферы и выносу избыточного тепла
в ее вышележащие слои. За счет ухудшения условий турбулент-
ного перемешивания теплоотдача застройки уменьшается по
сравнению с незастроенными территориями.
Интенсивность островов тепла, образующихся над городами,
зависит от их размеров, количества жителей, плотности застрой-
ки и естественных природно-климатических условий местности,
- 87 -
на которой расположены эти города. В общем случае — чем
больше город, тем значительнее в нем положительная аномалия
температуры воздуха.
В климатическом выражении для малых и средних городов
умеренной зоны контраст температуры город—пригород состав-
ляет величину 1—2°С в среднем за год (рис. 5.1). Для крупных и
крупнейших городов («мегагородов», таких как Москва или
Лондон) интенсивность островов тепла увеличивается [103].
Население, млн чел.
Рис. 5.1. Максимальная интенсивность острова тепла (&Тмах) в евро-
пейский городах
Особенности развития острова тепла имеют города, располо-
женные в различных географических зонах (рис. 5.2). Эти осо-
бенности обусловлены как природно-климатическими фактора-
ми, так и преобладающим морфотипом застроек, уровнем по-
требления энергоресурсов, социально-демографическими особен-
ностями разных частей света.
Рис. 5.2. Интенсивность ночного острова тепла в зависимости от на-
селения городов Северной Америки, Европы и Южной Америки [109]
- 88 -
Наблюдаемая разница температур между городом и пригоро-
дом зависит от времени суток (рис. 53}. Максимальная разница,
как правило, наблюдается около полуночи, минимальная — в
утренние дополуденные часы [78]. Однако в определенных по-
годных условиях при отсутствии ветра и облачности, когда тем-
пературный режим определяется только режимом инсоляции,
температура воздуха в застройке в течение 2—3 часов после вос-
хода может быть даже несколько ниже, чем в пригороде. Это
происходит за счет затенения поверхности земли в городе зда-
ниями и сооружениями и, как следствие, менее интенсивного
прогревания воздуха.
9 12 15 18 21 24 3 6 9
Время суток
Рис. 53. Зависимость интенсивности острова тепла (&Т) от времени
суток в Москве [78]
В годовом ходе остров тепла получает максимальное разви-
тие в весенние месяцы, минимальное — в конце осени и начале
зимы. Рост аномалий температуры в весенние месяцы связан с
более ранним сходом снежного покрова в городах по сравнению
с естественными ландшафтами и, как следствие, более ранним и
интенсивным прогревом подстилающей поверхности. В пред-
зимье на фоне сезонного похолодания разность температур го-
род-пригород нивелируется активностью синоптических про-
цессов, в которых температура воздуха определяется, в основ-
ном, адвективными факторами и, в меньшей степени, разницей
в величине радиационного и теплового балансов. В Москве, на-
пример, по данным наблюдений МО МГУ [79], в весенние ме-
сяцы среднесуточная температура воздуха на 1°С превышает
температуру воздуха в областных районных центрах (Дмитров,
Можайск, Павлов посад, Серпухов), а в ноябре — лишь на 0,3°С
при средней за год положительной аномалии 0,67°С (рис. 5.4}.
- 89 -
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Месяцы
Рис. 5.4. Разность среднесуточной температуры воздуха в Москве и
городах Московской области [79]
Пространственная неоднородность температуры воздуха в
пределах территории города связана с неоднородностью распре-
деления по его территории факторов, определяющих характер и
интенсивность трансформации приземного слоя воздуха — не-
однородностью теплофизических свойств подстилающей повер-
хности и термодинамических процессов, на ней протекающих.
Неоднородность этих свойств и процессов на территории горо-
дов выше, чем в естественных условиях, т.к. к природно-клима-
тическим условиям трансформации воздуха добавляется техно-
генное воздействие на приземный слой атмосферы.
В большинстве городов к центру увеличивается плотность
застройки, а следовательно, и плотность потребителей тепловой
и других видов энергии. Площадь зеленых насаждений — наобо-
рот, снижается. Поэтому типичным считается распределение
положительных аномалий температуры воздуха, при котором
максимум наблюдается в центре, минимум — на наветренной
периферии. На подветренной периферии, куда шлейфом распро-
страняется нагретый в центре города воздух, температура не-
сколько выше. Для иллюстрации в табл. 5.1 приведено распре-
деление сезонных норм температуры воздуха на пяти пунктах
наблюдения Москвы: Балчуг (центр города), ТСХА и ВДНХ
(средняя периферия), Немчиновка (ближний пригород с навет-
ренной стороны), Лосиноостровская (подветренная периферия).
Как видно из этой таблицы, зима в центре на 1,5°С теплее, чем
в пригороде, а лето теплее на 1,7°С [30]. Однако в отдельные дни
и часы при соответствующих погодных условиях остров тепла
может иметь интенсивность до 10°С и более.
- 90 -
Таблица 5.1. Сезонные нормы температуры (°C) в различных
точках Москвы
Сезон Зима Весна Лето Осень
Балчуг -7,0 6,2 18,4 '5,5
ТСХА -7,9 5,2 17,4 4,8
ВДНХ -7,9 5,2 17,2 4,8
Немчиновка -8,5 4,7 16,7 4,4
Лосиноостровская -8,4 4,7 17,3 4,8
5.3. Биоклимат и температура воздуха
; Отдельного рассмотрения при архитектурно-климатическом
анализе требуют экстремальные значения температуры воздуха,
: потому что их воздействие может оказаться не просто диском-
фортным, а опасным для здоровья населения. В большинстве
случаев в городах с умеренным климатом температурные эк-
стремумы связаны не с сезонными колебаниями теплового и ра-
диационного балансов, а с атмосферными процессами, определя-
ющими поступление аномально жаркого или холодного воздуха.
В Москве, например, абсолютные минимумы температуры
наблюдаются в январе—феврале при адвекции холодного возду-
ха из Арктики в антициклонах, продвигающихся с северо-запада
на юго-восток, а также с севера на юг и северо-востока на юго-
запад. В последнем случае происходят наиболее резкие и дли-
тельные нарушения западного переноса воздушных масс, кото-
рые сопровождаются вторжением экстремально холодного воз-
духа, формирующегося в сибирском секторе Арктики. При этом
в Московском регионе устанавливается ясная погода, осадки
редки и имеют низкую интенсивность, а температура воздуха
опускается до отметки -30°С и ниже. Скорость северного и се-
веро-восточного ветра, как правило, невелика, но в сочетании с
экстремально низкой температурой создается опасность обморо-
жений. Поэтому при организации городской среды необходимо
предусматривать мероприятия, исключающие возможность фор-
мирования зон усиления ветра в приземном слое при его на-
правлении с северо-восточной четверти горизонта, несмотря на
относительно низкую повторяемость этого направления в сред-
нем за год.
Другой проблемой температурного режима городов умерен-
ной зоны являются «волны жары» в летнее время. Летом, также
как и зимой, экстремальные значения температур связаны глав-
ным образом с нарушением зональной циркуляции. Сухой жар-
- 91 -
кий континентальный воздух поступает в Московский регион из
Юго-Восточной Европы и из Средней Азии, смещаясь по запад-
ной периферии антициклонов, стационирующих над Югом Цент- 1
ральной России. Повторяемость вторжений воздуха с темпера- 1
турой выше +20°С составляет летом 20—30%. При этом устанав- 1
ливается сухая, жаркая малооблачная погода, температура воз- |
духа днем может превышать +30°С. Относительная влажность j
воздуха невысока и преобладают слабые ветры юго-восточной j
четверти горизонта. Для проектирования городской среды в 1
Москве это означает, что композиция застройки и система озе- j
ленения в летнее время не должны препятствовать потокам воз- 1
духа южного, юго-восточного и восточного направлений, по- |
скольку именно они чаще всего сопутствуют волнам жары и мо- I
гут принести хоть какое-то облегчение самочувствия горожан.
Еще одной важной с точки зрения архитектурной климато- J
логии характеристикой температурного режима является ее ам-
плитуда — разность между максимальными и минимальными j
значениями за какой-либо промежуток времени, например, за |
сутки или за год. Амплитуда температуры воздуха может рас- 1
считываться как для средних значений, так и для абсолютных I
минимумов и максимумов. 1
В биоклиматическом отношении эта характеристика темпе-
ратурного режима важна потому, что перепад температур созда- ?
ет значительную дополнительную нагрузку на терморегуляцией- J
ный аппарат организма человека, что, в свою очередь, требует j
определенных компенсационных условий для теплового равно-
весия тела. В градостроительном отношении резкие перепады 1
температуры оказывают влияние на работу городского хозяйства ’
и инженерных систем — резкие изменения температуры, особен- j
но в сторону ее снижения, требуют принятия заблаговременных <
мер по предотвращению образования гололеда, своевременному -
регулированию систем теплоснабжения.
По величине внутрисуточных (разность среднечасовых тем-
ператур в суточном ходе) различают колебания: индифферент- ч
ные, при амплитуде меньше 4°; переходные, с амплитудой от 4 J
до 8°; ощущаемые — от 8 до 12°; резкие — больше 12СС.
Среднесуточная амплитуда температуры воздуха зависит от 1
сезона и синоптической ситуации, определяющей условия об- J
лачности: наибольшие ее значения отмечаются при ясном небе, |
причем разница амплитуды при ясном и пасмурном небе дости- |
гает 6° и более при одних и тех же значениях других метеоэле-
ментов (влажности воздуха, скорости ветра и др.). Зимой и в ]
пасмурную погоду суточные изменения температуры в меньшей j
- 92 -
степени зависят от радиационного баланса. Поэтому, за исклю-
чением случаев резких похолоданий и потеплений, связанных с
нетипичными синоптическими процессами, зимой суточная ам-
плитуда температуры меньше, чем летом.
Также на самочувствии людей сказываются междусуточные
колебания температуры воздуха (разность среднесуточных тем-
ператур соседних суток). Здесь индифферентными с физиолого-
гигиенической точки зрения считаются изменения температуры
меньше чем на 2° за сутки, переходными — 2-ь4°, чувствитель-
ными — 4-s-6° и раздражающими — больше 6° С. В Москве, на-
пример, с ноября по март наблюдаются, в среднем, около 9 дней
с резкими (на 5 и более градусов) понижениями температуры
воздуха (табл. 5-2), причем наиболее часто они отмечаются в
первой половине календарной зимы.
Таблица 5.2. Повторяемость резких понижений среднесуточной
температуры воздуха на 5°С и более [79]
Месяцы XI XII I II III
Повторяемость, % 5,0 7,3 8,1 6,9 1,9
Количество дней 1,5 2,3 2,5 1,9 0,6
Влияние города на амплитуду температуры воздуха неодно-
значно. С одной стороны, за счет «острова тепла» происходит
повышение как минимальных, так и максимальных температур.
С другой стороны, город как бы смягчает контрастность клима-
тических условий, особенно заметную в теплое полугодие. По-
этому суточные амплитуды температуры могут возрастать, а го-
довые, наоборот, снижаться. Так, например, в Москве в конце
XX века годовая амплитуда температуры снизилась, а климат
стал менее континентальным. Происходило это за счет того, что
зимние температуры повышались быстрее, чем летние. За пос-
ледние 10 лет XX века повышение температуры за год состави-
ло 0,8°С, причем в холодный сезон это повышение составило
1,4°С, а в теплый — 0,5°С. В результате годовая амплитуда тем-
пературы несколько уменьшилась.
Кроме того, в Москве и других крупных городах выделены и
внутринедельные изменения среднесуточных температур, свя-
занные с активностью хозяйственной деятельности на террито-
рии города — независимо от сезона температура воздуха посте-
пенно повышается от начала к концу рабочих дней недели и по-
нижается в выходные дни. Самой холодный день недели — по-
недельник, наиболее теплый — пятница (табл. 5.3).
~ 93 -
Таблица 5.3. Средние температуры воздуха по дням недели в
Москве [79]
Период День недели Ампли- туда
пнд. ВТ. ср. ЧТ. пт. сб. вскр.
Январь -8,82 -8,41 -8,26 -8,16 -8,10 -8,26 -8,82 0,72
Июль 18,29 18,33 18,78 18,90 18,86 18,62 18,30 0,61
Год 5,08 5,13 5,26 5,35 5,36 5,31 5,10 0,28
Формирование «острова тепла» на застроенных территориях
имеет целый ряд прямых или косвенных экологических и биокли-
матических эффектов и последствий как положительного, так и
отрицательного характера. Примером прямого отрицательного
биоклиматического эффекта «острова тепла» является снижение
в летнее время комфортности условий пребывания населения на
территории города в результате повышения температуры воздуха
в сочетании с уменьшением скорости ветра. В холодное время
года биоклиматический эффект носит позитивный характер. За
счет тех же факторов, а также за счет повышения абсолютных
минимумов температуры, дискомфортность условий пребывания
населения на открытых пространствах уменьшается.
5.4. Некоторые экологические эффекты
«островов тепла» в Москве
Наиболее ярким экологическим следствием эффекта «остро-
ва тепла» является «смещение» местоположения города по сво-
им климатическим характеристикам в южном направлении. Для
Москвы такое «смещение» оценивается в 300—400 км. Это дает
возможность интродуцирования в городе древесных и кустарни-
ковых пород, характерных для более южных широт, например —
каштана конского, тополя серебристого, акации белой, липы
крупнолистной. Многие из этих пород деревьев в силу своих
физиологических особенностей являются более устойчивыми к
загрязнению атмосферы такими примесями как пыль, сернистый
ангидрид, оксиды азота, что является чрезвычайно важным для
крупных городов, где наблюдаются наибольшие концентрации
именно этих ингредиентов [91].
Примером косвенного отрицательного воздействия «острова
тепла» на экологическую ситуацию крупных городов умеренных
широт, в том числе Москвы, является увеличение количества
дней с оттепелями. В холодное полугодие переход температуры
- 94 -
I воздуха через 0°С создает проблемы не только хозяйственным и
| дорожно-эксплуатационным службам города, но и состоянию
| компонентов его природной среды. Это относится, в первую оче-
редь, к зеленым насаждениям. При оттепелях происходит пол-
I ный или частичный сход снежного покрова с территорий, под
' которыми проходят теплотрассы, линии метрополитена неглубо-
i кого заложения, другие инженерные коммуникации. В результа-
те обнажается зимующая под снегом растительность, которая
? повреждается следующими за оттепелями возвратами холодов.
' Еще одно следствие — увеличение расхода антигололедных реа-
гентов, которые городские службы вынуждены применять после
’ оттепелей. В результате происходит засоление почв на примаги-
стральных территориях, угнетаются зеленые насаждения. Гидро-
: аэрозоль, поднимающийся с поверхности улиц и содержащий
антигололедные реагенты, раздражает слизистые оболочки глаз
и верхних дыхательных путей жителей города.
В теплое полугодие к экологически опасным метеоусловиям
относятся заморозки, сильные ветры и приземные инверсии. В
апреле—мае происходит быстрое нарастание тепла за счет поло-
жительного радиационного баланса. К более раннему, чем в при-
городе, наступлению вегетационного периода приводит более
низкое значение альбедо городской территории за счет уборки с
улиц и тротуаров загрязненного осаждающимися из атмосферы
веществами снежного покрова, поглощение солнечной радиации
зданиями и атмосферным аэрозолем, концентрация которого в
Москве выше, чем на незастроенных территориях. Все это при-
водит к относительно более раннему росту температуры воздуха
и началу вегетации растений. В то же время до конца июня со-
храняется вероятность заморозков адвективного происхождения.
В результате преждевременно раскрывшиеся листья и цветы мо-
гут погибнуть.
В архитектурно-градостроительном аспекте сказанного выше
о температуре воздуха в городах можно сделать следующие наи-
более общие выводы. Повышение температуры воздуха в масшта-
бе города происходит при увеличении плотности застройки, уп-
лотнении улично-дорожной сети, увеличении доли территории,
находящейся под искусственными водонепроницаемыми покры-
тиями и уменьшении площади озелененных территорий. При про-
чих равных условиях контрастная застройка меньше влияет на
температуру приземного воздуха, чем здания одинаковой высоты.
Относительно более прохладными районами города будут те, в
которых застройка имеет среднюю и низкую плотность, контраст-
на по высоте, где фасады окрашены в светлые тона, здания завер-
- 95 -
шаются скатными кровлями из оцинкованного железа, искусст-;
венные покрытия водопроницаемы (щебень, плитка по песку), в
структуре зеленых насаждений преобладают крупные деревья ли-..
ственных пород. Более подробно биоклиматические аспекты го-
родского микроклимата в целом и температуры воздуха в частно-,
сти рассмотрены в Части II этой книги.
5.5. Температура поверхностей
Выше речь шла о температуре воздуха в том виде, в котором
она измеряется по стандартной программе наблюдений метеоре- ,
логических станций — на метеоплощадках в будках специальной
конструкции. Однако, как знает любой человек из собственной
жизненной практики, при одной и той же температуре воздуха
тепловые ощущения могут существенно различаться. Например,
переходя в жаркий 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 тепловые ощущения человека фор-
мируются не только под воздействием температуры воздуха, но
и ряда других факторов, влияющих на процесс теплообмена
организма с окружающей средой. К этим факторам относится
радиационный баланс (количество приходящего к поверхности
тела и одежды лучистого тепла), зависящий от температуры ок-
ружающих поверхностей. На территории городской застройки —
это температура стен зданий и искусственных покрытий (ас-
фальт, бетон, гравий). За счет различной ориентации и экспози-
ции по освещенности этих поверхностей, а также различия их
теплофизических свойств — таких как поглощающая и отража-
ющая способность, — их температура может существенно разли-
чаться.
В ясный солнечный полдень свежеуложенный незатененный
асфальт или южный фасад, облицованный темным камнем, в
умеренных широтах при температуре воздуха +18—20°С могут
разогреваться до температуры +60°С. В условиях, соответствую-
щих климатическим представлениям, контрасты температуры
между различными поверхностями будут не такими резкими, но
также весьма значительными (рис. 5.5). Наиболее сильно в уме-
ренном климате нагреваются в летние дни асфальтовые покры-
тия (выше +40°), кирпичные стены и крыши зданий; несколько
меньше нагреваются песчаные дорожки (+38°С). Каменные сте-
ны, оштукатуренные и побеленные или покрытые красками свет-
лых тонов, нагреваются меньше (до +32,7—34,5°С).
- 96 -
Не меньшей температурной контрастностью отличаются и
различные фасады зданий. На рис. 5.6 представлены фотографии
одного и того же участка города в видимом и инфракрасном
спектрах. На фотографиях хорошо видно, насколько неоднород-
на температура различных поверхностей, формирующих дея-
тельный слой в застройке. Поэтому на различных участках за-
стройки при одних и тех же значениях температуры воздуха и
других метеоэлементов тепловые ощущения человека могут су-
щественно различаться.
Рис. 5.5. Температура различных элементов подстилающей поверхно-
сти днем в летнее время [103]
WC ЗС’С
Рис. 5.6. Фотографии одного и того же участка Токио в видимом (сле-
ва) и инфракрасном (справа) диапазоне (фото М. Роса, Национальный
университет Сингапура)
Для целей проектирования городской среды анализ радиаци-
онно-теплового режима предполагает оценку тепловых условий
с позиции повышенного и пониженного теплового фона. При
- 97 -
таком анализе оценивается воздействие солнечной радиации на
фасады зданий с точки зрения обеспечения комфортности их
внутренней среды при совместном воздействии солнечной ради-
ации и температуры воздуха. После этого выполняется оценка
территории по тепловому воздействию этих фасадов на приле-
гающую к ним территорию и других поверхностей, излучающих
тепловую энергию в городскую среду.
Солнечная радиация регламентирует ориентацию зданий по
сторонам горизонта и их внутреннюю планировку. По условиям
инсоляции регламентируется также планировка дворовых про-
странств, детских площадок и плоскостных спортивных соору-
жений [75]. Эта регламентация направлена на предотвращение
перегрева людей и обеспечение территорий достаточным коли-
чеством ультрафиолетовой радиации.
Для ориентировочного учета поступления солнечной радиа-
ции на фасады зданий можно использовать данные З.И. Пиво-
варовой [59], которая выделяет четыре зоны по приходу радиа-
ции на различно ориентированные поверхности и дает оценку
круга горизонта по тепловому облучению в балльной системе.
Для умеренной зоны (в том числе для территории Москвы) эти
данные представлены в -табл. 5.4.
Таблица 5.4. Оценка круга горизонта по тепловому облучению
солнечной радиацией в теплый период
Территория Оценка, балл
1 2 3 4
От 52е до 65° с.ш. СЗ—СВ — запретный сектор для квартир односторонней ориентации 3 в, юз юв, го
Примечание: количество балов пропорционально количеству получае-
мой солнечной радиации и общему тепловому фону.
Анализ суточных сумм прямой солнечной радиации, посту-
пающей на различно ориентированные поверхности, рекоменду-
ется проводить по следующей шкале: менее 1500 Ккал/м2хсут —
незначительная радиация; 1500—3000 Ккал/м2хсут — средняя
радиация; более 3000 Ккал/м2хсут — высокая радиация. При
комфортной погоде сумма прямой радиации 3000 Ккал/м2хсут
создает перегрев помещений. Такие суммы тепла получают юго-
западная, юго-восточная, южная ориентации на широте Москвы.
Для создания комфортных условий в помещениях, ориентиро-
ванных на эти стороны горизонта, требуется солнцезащита и
- 98 -
сквозное проветривание квартир (значит, для открытых терри-
торий — притенение и хороший воздухообмен).
При анализе теплового режима в условиях застройки необ-
ходимо знать степень благоприятности той или иной ориента-
ции в целях проведения зонирования придомовой территории.
Оценка территории по степени благоприятности с учетом теп-
лового воздействия солнечной радиации проводится в соответ-
ствии с критериями, приведенными в табл. 5.5.
Таблица 5.5. Оценка территории по тепловому воздействию сол-
нечной радиации
Климатический район Степень благоприятности ориентации
благоприятная умеренно благоприятная неблагоприятная
Холодный и умеренный климат от 90 до 270° (В-3) от 45 до 90° (СВ-В) от 270 до 315° (З-СЗ) от 315 до 45“ (СЗ-СВ)
Предварительный анализ придомовых территорий по факто-
. ру избыточного облучения солнечной радиацией можно выпол-
• нить простым графическим способом. На рис. 5.7 показано гра-
j фическое построение «полей интермии», т.е. «теплых мест» у
< фасадов, образующихся за счет наложения друг на друга отра-
женных лучей. На основании такого анализа можно рекомендо-
> вать обращать в холодном климате на южные стороны «внутрен-
) ние углы» домов, внутренние поверхности фасадов домов, име-
; тощих в плане криволинейное или многоугольное очертание. В
I жарком климате, наоборот, такие участки придомовой террито-
? рии будут постоянно перегреваться, на них не следует разме-
> щать входы в здания или автостоянки. Целесообразно озеленять
Г такие участки, используя деревья с ажурной кроной.
। В городских условиях температура воздуха, в отличие от ско-
j рости ветра, плохо поддается регулированию в локальном масш-
табе из-за постоянного воздухообмена. Эффект «острова тепла»
: носит мезомасштабный характер и его регулирование может
< производиться только в рамках системы общегородских меро-
- приятий. Поэтому воздействие на температуру стен зданий и ис-
L кусственных покрытий является одним из основных путей ре-
i- гулирования температурного режима отдельных участков город-
{ ской застройки. Механизмы этого воздействия заключаются в
s регулировании поступления на фасады и искусственные поверх-
- 99 -
ности солнечной радиации и изменении их теплофизических
свойств. Пример снижения средней радиационной температуры/
характеризующей тепловое воздействие поверхностей, окружаю-
щих человека, находящегося на открытом городском простран-
стве, приведен на рис. 5.8.
Рис. 5.7. Графическое построение полей интермии.
I — построение азимута; II — графическое изображение высоты Солн-
ца; III — построение полей интермии; А — азимут; Н — высота Солн-
ца; р и q — ширина полей интермии; а, б — перегрев за счет отражен-
ной радиации; в — сильный перегрев за счет наложения отражений;
г — отсутствие отраженной радиации
- 100 -
a — радиационная температура до мероприятий
60x100 + 31x30+ 48x20 +32x10+ 40,5x135 + 41,1x25 + 43,3x20 +31x20
М Ri =----------------------------------------------------------------------
= 45,5' С
360
б — радиационная температура после мероприятий
Рис. 5.8. Пример регулирования температуры поверхностей и тепло-
вого режима территории за счет замены материалов и озеленения:
оцинкованный лист кровли навеса заменен на алюминий, выполнено
вертикальное озеленение барьера, фасад экранирован деревьями
Глава 6
Влажность воздуха, облачность и осадки в городе
6.1. Влажность воздуха
В атмосферном воздухе всегда содержится водяной пар, иг-
рающий важную роль не только в глобальном круговороте ве-
щества и энергии, но во многом определяющий физиологическое
состояние живых организмов. Влажность воздуха выражается в
абсолютных (весовых) и относительных единицах (процентах).
Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяно-
го пара в граммах, содержащееся в единичном объеме воздуха.
Чаще всего влажность измеряется парциальным давлением (уп-
ругостью) водяного пара. Упругость водяного пара (е), также как
и атмосферное давление, выражается в гектопаскалях или в мил-
лиметрах ртутного столба.
- 101 -
Для определенных сочетаний температуры воздуха и давле-:
ния имеется предельно возможное содержание водяного пара, с
повышением температуры воздуха его максимально возможное
влагосодержание повышается. Отношение количества находяще-
гося в воздухе водяного пара к предельно возможному для его
данного физического состояния называется относительной
влажностью и измеряется в процентах. Для человека относи-
тельная влажность воздуха 30—60% является гигиенической
нормой. Воздух с относительной влажностью менее 30% оцени-
вается как сухой, от 71 до 85% — как умеренно влажный, более
85% — как сильно влажный.
Поле влажности воздуха, являющейся функцией его темпе-
ратуры, водного баланса подстилающей поверхности и ветрово-
го режима, в городе изменяется под воздействием нескольких
факторов, которые как повышают, так и понижают влагосодер-
жание атмосферы.
Поступление влаги в городские ландшафты, не связанные
непосредственно с водными объектами, формируется за счет ее
атмосферного переноса на территорию города, выпадения осад-
ков в самом городе и поступления влаги из техногенных источ-
ников. Техногенное поступление влаги в городской ландшафт и,
в том числе, атмосферу города происходит за счет утечек из во-
донесущих коммуникаций, размер которых составляет 10—20%
от водоподачи, и за счет сжигания органического топлива, од-
ним из основных продуктов сгорания которого является водя-
ной пар. Так, например, при сжигании природного газа происхо-
дит реакция:
СН4 + 2О2 “= СО2 + 2Н2О + Q. (6.1)
Массовое отношение водяного пара и метана в приведенной
реакции составляет 36/16. Таким образом, зная количество ис-
пользованного газа, можно определить массу выделяемого в ат-
мосферу водяного пара. В Москве за год потребляются
23,2x109 м3 природного газа, его плотность при нормальных ус-
ловиях составляет 0,72 кг/м3, следовательно, в атмосферу горо-
да за год поступают 37,6 млн тонн влаги (около 100 тыс. тонн в
день). Такое количество влаги, приведенное к площади города,
примерно равно среднемноголетнему слою осадков, выпадающих
в Москве в марте, и это без учета водяного пара, поступающего
в атмосферу от сжигания мазута, бензина и других видов орга-
нического топлива. Столь масштабное техногенное воздействие
не может не оказывать влияния на влажностный режим атмос-
феры города.
- 102 -
Радикальное снижение проницаемости для осадков подсти-
лающей поверхности и создание канализационных сетей по от-
воду поверхностного стока с территории города, напротив,
уменьшает количество испарившейся влаги и приводит к пони-
жению влагосодержания приземного слоя воздуха в городах.
Соотношение факторов, повышающих и понижающих влаго-
содержание атмосферы городов, не определено, но находится в
зависимости от плотности застройки, интенсивности хозяйствен-
ной деятельности и природно-климатических условий. Для го-
родов, расположенных в умеренном климате, считается, что от-
ведение атмосферных осадков доминирует над техногенным
приходом влаги в экосистему урбанизированной территории,
приводя к снижению абсолютной и относительной влажности
приземного слоя атмосферы.
По результатам многолетних наблюдений в Москве уста-
новлено, что в большинстве случаев относительная влажность
в черте города ниже, чем в пригородных районах [30], а в цент-
ре города влажность ниже, чем на периферии и в городских ле-
сах и парках [29]. В первую очередь это касается случаев с вы-
сокими и очень высокими значениями относительной влажно-
сти. Среднее понижение относительной влажности в централь-
ных районах города находится в тесной связи с контрастом
температуры «город—пригород» и может составлять 5—10%. Го-
довой ход относительной влажности в Москве показывает, что
относительная влажность во всех случаях летом ниже, чем зи-
мой, а на периферии и за городом — выше, чем в центре, осо-
бенно четко эта закономерность прослеживается в летние ме-
сяцы (табл. 6.1).
Таблица 6.1. Среднемесячная влажность воздуха (%)
п/н I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII год
Б 82 78 73 65 59 60 65 69 73 77 82 84 72
М 82 79 75 67 62 64 69 72 76 80 85 86 75
Н 82 80 77 71 65 68 73 77 81 83 86 85 77
Примечание: п/н — пункт наблюдения, Б — Балчуг, М — МГУ, Н —
Немчиновка
Примерно половину величины снижения относительной
влажности в городе связывают с существованием на территории
города «острова тепла». Вторая половина снижения в городских
условиях происходит из-за уменьшения испарения с поверхно-
сти рельефа, а также растительностью [39]. Есть и еще одна осо-
- 103 -
бенность влажностного режима: в холодное время года абсолют-
ная влажность в черте города такая же или немного выше, чем ;
за городом. Это объясняется повышенной температурой воздуха '
в городе и, как следствие, повышением испарения снежного по- J
крова, а также максимальной в годовом цикле техногенной эмис- "
сией водяного пара.
Вследствие того, что в условиях города изменяются влаж- •
ностный и ветровой режимы и увеличивается доля водонепро-
ницаемых поверхностей, изменяются величины испаряемости и J
испарения: испаряемость возрастает, а испарение уменьшается.
В естественных условиях, как правило, величина испарения
определяется по водосборным бассейнам методом водного ба- :
ланса как остаточный член. Величина среднего многолетнего ;
испарения в бассейне р. Москва составляет около 80% от годо-
вой нормы осадков [67]. Детальный анализ структуры водного
баланса территории Москвы показывает, что в городе эта вели-
чина намного ниже. Слой испарения для территории города, ох-
ваченной сетью ливневой канализации, составляет лишь 40% от
годовой нормы осадков [53].
6.2, Облачность и осадки
Формирование облачности и осадкообразование над городом,
как и все другие метеорологические процессы и явления, проис-
ходят под влиянием антропогенного воздействия. Своеобразие
этого процесса в городе определяется, в основном, двумя факто-
рами. Во-первых, более развитой вертикальной конвекцией и,
во-вторых, огромным количеством выбрасываемых в атмосферу
гигроскопичных частиц, служащих ядрами конденсации. Первый
из этих двух факторов, в свою очередь, является следствием
двух причин. С одной стороны, развитие вертикальной конвек-
ции возникает как следствие обтекания расположенных на тер-
ритории города крупномасштабных препятствий (зданий и со-
оружений). Такая конвекция называется «динамической». С дру-
гой стороны, вертикальная конвекция возникает за счет более
интенсивного прогревания приземного слоя воздуха и называет-
ся «термической». Она играет главную роль летом, стимулируя
образование внутримассовых кучевых и кучево-дождевых обла-
ков, из которых и выпадают осадки.
Присутствие в воздухе ядер конденсации антропогенного
происхождения может по-разному отражаться на выпадении
осадков. Чаще всего эти аэрозоли стимулируют процесс осадко-
образования в возникающих облаках, так что с подветренной
- 104 -
стороны может наблюдаться заметное (на 2—3 мкм) уменьше-
ние диаметров облачных и дождевых капель, т.е. образование
облаков и дождя над городом «опережает» естественное разви-
тие событий. Этот фактор в зимнее время даже доминирует над
летним конвективным осадкообразованием, способствуя более
быстрой конденсации влаги в слоях, характеризуемых инверси-
ей температуры, поскольку зимой влаги в городском воздухе
больше, чем в сельской местности.
В отдельных случаях техногенная эмиссия гигроскопических
частиц в атмосферу может приводить к уменьшению количества
осадков. Это происходит в результате того, что в облаках вместо
отдельных крупных капель, осаждающихся под действием гра-
витации в виде осадков, образуется большое количество мелких
облачных частиц, которые могут удерживаться во взвешенном
состоянии, не выпадая на землю.
Таким образом, выбрасываемый в атмосферу с территории
города аэрозоль оказывает заметное влияние на процесс осадко-
образования и может как увеличивать, так и уменьшать количе-
ство осадков в зависимости от типа облачности, сезона года и
орографических особенностей территории города, включая вы-
соту застройки.
К особенностям внутригодового режима осадков можно от-
нести то, что во все сезоны отмечается увеличение осадков
«псевдоорографического» происхождения в центральной и под-
ветренной сторонах города. Это явление возникает, когда при-
ходящие воздушные массы вынуждены подниматься над горо-
дом, натекая на более шероховатую подстилающую поверхность,
над которой происходит подъем изобарических поверхностей из-
за более высокой температуры воздуха. Здесь, к тому же, разви-
та собственная термическая конвекция. За счет этого образуется
как бы местный атмосферный фронт, разделяющий городской,
более теплый и влажный воздух, и воздушные массы, натекаю-
щие на город в процессах атмосферной циркуляции.
В Москве приведенные выше закономерности выражены до-
статочно четко. Увеличение осадков в городе наблюдается по
всем их характеристикам, начиная с продолжительности и за-
канчивая их экстремальными значениями. Например, средняя
продолжительность осадков (час/мес) в центре города (Балчуг)
превышает продолжительность осадков на территории ТСХА
как в целом за год, так и в любой месяц года без исключения, а
годовая сумма осадков в центре Москвы (Балчуг) на 10% боль-
ше, чем в ближнем пригороде (Немчиновка), находящемся боль-
шую часть времени с наветренной стороны города (табл. 6.2).
- 105 -
Таблица 6.2. Среднемесячные суммы и продолжительность осад-
ков
п/н I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII год
Суммы осадков, мм/мес
Б 44 40 41 37 60 68 82 74 54 56 52 50 658
Н 28 27 29 36 61 62 84 76 59 52 43 37 594
В том числе твердых и смешанных, мм/мес
Б 44 40 37 22 5 — — — 1 17 40 46 252
Н 27 27 26 22 5 1 — — 1 16 40 28 199
Продолжительность осадков, час/мес
Б 299 238 187 89 68 50 56 58 70 137 220 305 1777
Т 267 214 167 82 61 47 52 50 64 116 191 279 1590
Примечание: п/н — пункт наблюдения, Б — Балчуг, Т — ТСХА, Н —
Немчиновка (по данным [30; 56]).
Пространственная неоднородность осадков, слишком слож-
ная для качественного описания, достаточно хорошо показана на
рис, 6.1, из которого видно, что влияние такого крупного мега-
полиса как Москва отмечается не только непосредственно на
территории города, но и далеко за его пределами с подветрен-
ной стороны.
Рис. 6.1. Сезонные среднемноголетние суммы (мм) месячных норм вы-
падения осадков в Москве и Московской области [30]
Для целей архитектурно-градостроительного анализа мезо-
масштабная аномалия количества осадков, формирующаяся над
- 106 -
территорией города, рассматривается как фон для выявления
более мелкомасштабных закономерностей, заключающихся,
главным образом, в перераспределении осадков внутри за-
стройки.
В случае со снежным покровом его перераспределение ана-
логично дефляции и ветровой эрозии грунтовых поверхностей.
Критические значения скорости ветра, начинающего выдувать
снежный покров, зависят от плотности снега [13]:
рыхлый свежевыпавший сухой снег........... 4—5 м/с;
мокрый свежевыпавший снег................. 6—7 м/с;
слежавшийся сухой снег.................... 6—7 м/с;
наст...................................... 8—9 м/с.
Кроме того, перераспределение снега происходит и непосред-
ственно в процессе его выпадения, причем характер этого пере-
распределения во многом аналогичен характеру перераспределе-
ния уже выпавшего снега с той разницей, что оно происходит
по всей толще приземного слоя атмосферы, занятого застройкой,
а не только на поверхности рельефа.
Поскольку снегопады высокой интенсивности, как правило,
связаны с тем или иным синоптическим процессом и продолжа-
ются ограниченные промежутки времени, они сопровождаются
определенным направлением ветра, причем часто — высокой
скорости. В результате во время снегопадов может перераспре-
деляться как ранее выпавший снег, так и снег, выпадающий не-
посредственно во время снегопада. Это приводит к образованию
на территории застройки снежного покрова очень неравномер-
ной высоты.
Особенности отложения снега вокруг здания заключаются в
том, что максимальные отложения образуются с подветренной и
наветренной сторон перед зданиями. Однако непосредственно
перед наветренными фасадами зданий и вблизи их углов обра-
зуются «желоба выдувания». Поэтому рекомендуется размещать
входы в здание со стороны этого «желоба» с наветренной сторо-
ны, что уменьшает их снегозаносимость.
Зоны отложения снега связаны с распределением скоростей
ветра. Перед зданием в зоне торможения потока образуется на-
ветренное снегоотложение, которое непосредственно не примы-
кает к стене, а отстоит от нее на расстояние, зависящее от пара-
метров препятствия (здания). На рис. 6.2 показана зависимость
параметров зон снегоотложений от габаритных размеров прямо-
угольного здания. Для протяженных зданий (более 4h) макси-
мальная зона отложившегося снега, при которой еще сохраняет-
ся зона выдувания, составляет 0,7h.
- 107 -
мм
Рис. 6.2. Зависимость зоны снегоотложения от параметров здания:
N ~ зона снегоотложения перед зданием; М — зона снегоотложения за
зданием; L — зона выдувания
Объем отложившегося снега определяется по формуле:
^ = 1/6 xuxLxNxhxCxKM3, (6.2)
где: L — протяженность наветренного фасада; N — зона навет-
ренного снегоотложения; h — максимальная высота снегоотло-
жения; С — коэффициент снегозадержания; К — коэффициент
уплотнения снега.
Величина К — переменная и выражает отношение плотности
переносимого снега к плотности снегоотложения, в расчетах ее
можно принять равной 0,5. Коэффициент С — величина безраз-
мерная, определяющая степень снегозадержания переносимого
снега в зависимости от скорости ветра {табл. 6.3).
Таблица 6.3. Коэффициент снегозадержания
v, м/с 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
С 0,12 0,21 0,34 0,43 0,52 0,60 0,68 0,72 0,78 0,84
С подветренной стороны здания снежный занос примыкает
непосредственно к стене. Форма подветренного снегоотложения
и его высота зависят от количества выпадающих осадков и ха-
рактера ветрового потока за зданием. На подветренную сторону
здания выпадает столько осадков, сколько их могло выпасть на
горизонтальную площадь, равную зоне аэродинамического следа
за зданием. Осадки под воздействием ветра распределяются не
равномерно, а в виде треугольной призмы. Количество твердых
осадков, выпавших на подветренную сторону, увеличивается за
- 108 -
счет сдувания снега с кровли здания. Максимальную высоту
подветренного снежного заноса можно определить как h = 20 х п,
где и — количество твердых осадков, выпавших на 1 см2. Такой
расчет является приблизительным и может быть применен толь-
ко для случаев, когда средняя скорость ветра при метелях пре-
вышает 10 м/с.
Для групп зданий процесс перераспределения снега носит бо-
лее сложный характер (рис. 63}. Показанные на приведенном ри-
сунке схемы перераспределения снега получены путем математи-
ческого моделирования и интересны тем, что относятся к двум
принципиально различным по композиции вариантам. В одном из
них, традиционном для застройки современных городов, периметр
квартала формируется 17-этажными зданиями, внутри квартала
помещено трехэтажное здание детского сада. В другом варианте
здания, образующие периметр, намного ниже, чем здание, разме-
щенное в центре квартала. Такое композиционное решение нети-
пично для районов массовой застройки, но может возникать при
реконструкции микрорайонов с их точечно!! застройкой. Как вид-
но на схемах, в первом варианте внутри квартала образуется об-
ширная зона снегонакопления, снег накапливается у подъездов
жилых домов и на территории детского сада. В результате на та-
кой территории необходимо проведение снегоуборки после каж-
дого снегопада. Второй вариант по фактору снегонакопления яв-
ляется более благоприятным. Общая площадь зон переноса и вы-
дувания снега больше, чем площадь зон снегонакопления, про-
странство внутри квартала не аккумулирует снег, как в предыду-
щем варианте, уход за территорией жилой застройки в зимнее
время становится существенно проще.
накопление; р- :i: [перенос; | [выдувание
Рис. 63. Перераспределение снега внутри групп зданий различной
этажности
- 109 -
У
Таблица 6.4. Интенсивность осадков, проходящих через условную вертикальную поверхность, мм/мин
ос
Интенсивность осадков, мм/мин Скорость ветра, м/с
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12
0,0008 0,003 0,007 0,008 0,014 0,015 0,018 0,021 0,025 0,028 0,033 0,074 0,076
0,004 0,005 0,012 0,017 0,023 0,027 0,033 0,038 0,044 0,050 0,058 0,125 0,130
0,016 0,008 0,016 0,025 0,033 0,041 0,047 0,054 0,081 0,070 0,080 0,177 0,185
0,066 0,016 0,033 0,049 0,066 0,083 0,097 0,110 0,125 0,142 0,160 0,348 0,361
0,08 0,019 0,039 0,059 0,078 0,099 0,114 0,130 0,146 0,166 0,190 0,415 0,432
0,1 0,023 0,047 0,070 0,093 0,116 0,134 0,153 0,175 0,201 0,231 0,490 0,510
0,2 0,041 0,088 0,124 0,165 0,206 0,240 0,275 0,315 0,360 0,410 0,870 0,910
0,4 0,073 0,145 0,228 0,290 0,366 0,420 0,480 0,550 0,630 0,733 1,540 1,600
0,8 0,130 0,261 0,393 0,515 0,654 0,765 0,880 1,020 1,150 1,309 2,700 2,800
1,0 0,159 0,315 0,475 0,628 0,758 0,865 1,000 1,170 1,350 1,583 3,320 3,500
При взаимодействии ветра и застройки происходит перерас-
пределение и жидких осадков, которое создает опасность «косых
дождей». С этим явлением связано переувлажнение стен, промо-
кание межпанельных стыков, ухудшение микроклимата наветрен-
ных помещений. Методика оценки совместного воздействия вет-
ра и дождя предполагает использование данных об интенсивно-
сти осадков на горизонтальную поверхность, о скорости ветра и
об изменении скорости ветра и давления по высоте [66]. Зная
сумму, интенсивность осадков и скорость ветра можно определить
количество осадков, проходящих через условную вертикальную
плоскость любой произвольной ориентации мм/мин {табл.
ос
6.4). Таким образом, легко подсчитать, что наветренный фасад
типового 17-этажного 3-секционного жилого дома при дожде со
средней интенсивностью выпадения осадков 0,1 мм/мин и скоро-
сти ветра 5 м/с перехватывает за час около 50 тонн воды. Часть
из нее расходуется на смачивание фасада и выступающих элемен-
тов, остальное стекает по стене, вызывая неблагоприятные по-
следствия на придомовой территории. Для защиты фасадов жи-
лых домов от намокания рекомендуется увеличение площади от-
крытых помещений по наветренному фасаду, применение влаго-
защитных экранов, водозащитной облицовки, усиленной гидро-
изоляции стыков.
Перераспределение жидких осадков по территории застрой-
ки заключается в увеличении их количества с наветренной сто-
роны здания, в зоне торможения ветрового потока и со стороны
наветренных углов зданий, куда поступают осадки, содержащие-
ся в обтекающих здание дополнительных объемах воздуха. По-
скольку жидкие осадки, в отличие от снега, не переносятся по
поверхности рельефа, возможность отведения поверхностного
стока необходимо предусматривать непосредственно на участках,
где его объем увеличивается. На этих участках не рекомендует-
ся размещать легко размываемые водой покрытия, газоны и
цветники.
- 111 -
Часть II
БИОКЛИМАТИЧЕСКАЯ
КОМФОРТНОСТЬ
Глава 7
Зависимость рекреационной активности
от микроклимата
7.1. Структура рекреационной деятельности
городского населения
Общее количество времени, проводимое населением городов
на открытом воздухе, зависит от ряда факторов — национальных
и культурных традиций, степени экономического развития обще-
ства, но в первую очередь — от природно-климатических усло-
вий местности. Эти условия в наибольшей степени влияют на
рекреационную деятельность.
Рекреация (отдых) — любая деятельность (или состояние
бездеятельности), направленная на восстановление сил челове-
ка. Рекреационная деятельность может осуществляться как на
территории постоянного проживания человека, так и за ее пре-
делами [57]. Использование населением для прогулок, занятий
спортом, тихого отдыха придомовых территорий, скверов, пар-
ков и других озелененных благоустроенных территорий в пре-
делах придомового пространства, микрорайона, района относит-
ся к пассивным и активным видам рекреации. Эти виды рекреа-
ции имеют суточный, недельный и сезонный циклы, формирую-
щиеся как за счет социальных факторов, так и под влиянием
природно-климатических условий.
Рекреационная деятельность — не единственная причина
пребывания населения на открытом пространстве застройки.
Кроме собственно рекреации население вынуждено находиться
на открытых пространствах для пешеходных связей с объектами
культурно-бытового обслуживания, остановками общественного
транспорта, между местом расположения работы и домом. При
этом среднее время, проводимое трудоспособным населением в
крупных городах на открытых пространствах с целью рекреации
- 112 -
и с другими целями примерно одинаково, а для других групп
населения это время намного больше, и все же общее время пре-
бывания населения за пределами зданий в городах с умеренно-
прохладным климатом занимает сравнительно скромное место в
общем бюджете времени.
Для примера на рис. 7.1 приведена структура использования
времени населением трудоспособного возраста в Хельсинки. Из
этого рисунка видно, что жители столицы Финляндии в сред-
нем за год проводят на открытом воздухе всего 4% времени,
столько же в магазинах, кафе, закрытых спортивных сооружени-
ях и других помещениях, не связанных с домом и работой, и в 2
раза меньше, чем в транспорте. В эти 4% входит время на рекре-
ацию, передвижение по территории города до магазинов, объек-
тов обслуживания, места работы.
Рис. 7.1, Структура времени пребывания трудоспособного населения
в различных помещениях и на улице (Хельсинки)
Для российских городов такие данные отсутствуют. Однако,
учитывая схожесть природно-климатических условий, можно
предполагать, что жители Москвы и Петербурга имеют похожую
структуру бюджета времени. У жителей крупных российских
городов из общего годового бюджета времени на различные фор-
мы отдыха на открытых городских пространствах около 60%
приходятся на выходные дни, 30—35% — на ежедневный отдых
и около 15—20% — на отпуск и каникулярное время. На крат-
ковременный отдых приходятся до 80—85% общего времени пре-
бывания на открытых пространствах.
Использование территории города для отдыха, прогулок, за-
нятий спортом и других видов рекреационной деятельности на-
много более «чувствительно» к погодным условиям и микрокли-
матическим параметрам, чем для осуществления пешеходных
связей с утилитарными целями. Поэтому в градостроительстве
и архитектурно-строительном проектировании решение пробле-
мы оптимизации микроклиматических условий должно быть, в
первую очередь, нацелено на удовлетворение нужд рекреантов
- 113 -
(в особенности — младших и старших возрастных групп). Во
вторую очередь, с точки зрения проектирования микроклимати-
ческих условий территории, должны решаться задачи безопас-
ности пребывания и передвижения с любыми другими целями
(порывистый ветер, перегрев, обморожение и т.д.).
Рекреационная активность, как система поведения населе-
ния, имеет социальную, психологическую и биологическую со-
ставляющие [127]. Социальная составляющая определяется си-
стемой социальных приоритетов, культурных ценностей и воз-
можностью общества создавать условия для того или иного
вида рекреационной деятельности. Психологическая составля-
ющая зависит от особенностей самооценки отдельных людей,
понимания ими своего места в обществе и их физиологическо-
го статуса.
Биологическая (физиологическая) составляющая рекреаци-
онной активности и ее мотивации представляет собой совокуп-
ность физиологических особенностей человека как биологиче-
ского вида и играет ведущую роль в рекреационном поведении.
Ее цель — поддержание на максимально высоком уровне здо-
ровья человека в самом широком смысле: физического и психи-
ческого здоровья, душевного равновесия.
Реализация этой цели во многом зависит от внешних усло-
вий рекреационного пространства. Одним из его главных рекре-
ационных ресурсов является микроклимат, участвующий в фор-
мировании физиологического комфорта человека. Основными
микроклиматическими параметрами, влияющими на рекреаци-
онную активность, являются солнечная радиация, температура
окружающей среды и скорость ветра. Пример зависимости рек-
реационной активности от температуры воздуха на территории
Кембриджского университета показан на рис, 7.2 [104].
Влияя на микроклиматические условия городской террито-
рии, можно изменять ее рекреационный потенциал. Создавая
микроклиматические условия, максимально соответствующие
тому или иному виду рекреационной активности, можно косвен-
но управлять ею аналогично тому, как с помощью социально-
экономической политики, создавая те или иные объекты куль-
туры и спорта, можно управлять видами рекреационной деятель-
ности [135]. Отсюда очевидна актуальность вопроса регулирова-
ния микроклимата и учета его возможных изменений в архитек-
турно-градостроительной деятельности, особенно при проекти-
ровании городских территорий, предназначенных для длитель-
ного пребывания населения с целью рекреации, спорта и прове-
дения других форм и видов досуга.
- 114 -
Рис. 72. Зависимость количества рекреантов (N, %) (а) и числа лю-
дей (N), перешедших в тень (б), от температуры воздуха [104]
Строительное освоение жилых территорий в Москве многие
годы велось, в основном, на принципах комплексной застройки.
При этом в новых районах, размещаемых на периферии, для за-
стройки использовались свободные участки или территории, ос-
вобождаемые от 5-этажных зданий. В процессе их реконструк-
ции проектируются микрорайоны, полноценные по своим разме-
рам, с нормативным количеством зеленых насаждений, элемен-
тами благоустройства, спортивными и другими площадками,
предназначенными для рекреационной деятельности [28].
В центральных районах и на средней периферии города, как
правило, застройка ведется точечно, на ограниченных1 по площа-
ди участках, что обуславливает неизбежные отступления от мик-
рорайонного принципа застройки и нарушение действующих
норм по отдельным технике-экономическим показателям, чаще
всего — по плотности жилой застройки и обеспеченности ее эле-
ментами внешнего благоустройства и озеленения.
Территории микрорайонов, кварталов, групп домов выпол-
няют разнообразные функции, являясь своего рода продолже-
нием жилого фонда. Они представляют собой места повседнев-
ного использования всеми группами населения. Наряду с ком-
муникационными и рекреационными функциями они выполня-
ют и функции хозяйственные. Так, на территориях микрорайо-
нов располагается сеть проездов, пешеходных дорожек, детс-
ких, игровых и спортивных площадок, мест отдыха взрослого
населения. Номенклатура хозяйственных площадок включает
площадки для сушки белья, выбивания ковров, установки му-
соросборников, выгула собак, хранения автомобилей. Жилые
территории также должны быть обеспечены необходимым на-
- 115 -
бором малых форм архитектуры игрового и утилитарного на-:
значения. :
В крупных городах возможность использования какой-либо
территории для кратковременной рекреации в значительной сте-
пени зависит от положения жилого квартала и отдельного дома
в структуре самого города. В Москве характер деятельности
взрослого населения на придомовых территориях складывается,
в основном, из пешеходных прогулок (около 40—50%), тихого
отдыха (около 30—40%), наблюдений за детьми (5—10%). Дети
и подростки большей частью заняты настольными и подвижны-
ми играми, физкультурой. Частота и длительность пребывания
жителей на территории микрорайона тесно связаны и с соци-
альными признаками (возраст, пол, уровень образования, про-
фессия, вид трудовой деятельности), с качеством благоустрой-
ства территории и погодными условиями.
По результатам исследований НИиПИ экологии города, про-
веденных в летнее время на территории Москвы, у 15—23% жи-
телей новых жилых районов причиной, ограничивающей ис-
пользование придомовой территории, является: неудовлетвори-
тельные озеленение и благоустройство территории, недостаточ-
ность игрового оборудования. В реконструируемых жилых рай-
онах пребывание жителей на свежем воздухе часто ограничива-
ется по причине затесненности территории, недостаточного на-
бора необходимых площадок, отсутствия крупных массивов зе-
леных насаждений. Так или иначе, обе эти категории неудовлет-
воренности условиями отдыха горожан прямо или косвенно яв-
ляются следствием дискомфортных для отдыха условий окружа-
ющей среды.
7.2. Благоустройство и комфортность территории
Как показало изучение мнения различных групп населения
Москвы, выполненное сотрудниками НИиПИ экологии города
в 2004—2005 годах, многие площадки для отдыха и спорта не
используются целевым образом, находятся в заброшенном состо-
янии, постепенно разукомплектовываются. Основной причиной
этого является их неудобное расположение — близость к транс-
портным магистралям, удаленность от подъездов жилых домов,
загущенность посадок древесно-кустарниковой растительности,
микроклиматический дискомфорт. В результате эти места отво-
дятся для размещения объектов, не предусмотренных проекта-
ми застройки (гаражи, торговые павильоны, кафе и т.д.). Други-
ми словами, часто возникают ситуации, когда дефицит мест для
- 116 -
отдыха и спорта на территории жилых районов связан не с их
отсутствием, а с их размещением в дискомфортных условиях.
Это происходит за счет того, что при организации рекреацион-
ной и хозяйственной деятельности населения нормы планиров-
ки и застройки по обеспечению жилых кварталов элементами
благоустройства выполняются чисто формально, без учета осо-
бенностей рекреационной деятельности и факторов, ее мотиви-
рующих. В итоге элементы благоустройства нередко распреде-
ляются по территории жилой застройки таким образом, что не
могут выполнять свои функции в полной мере и должным обра-
зом.
С подобной ситуацией в России сталкиваются многие горо-
да, и это зависит не только от дефицита или низкого уровня
благоустройства мест отдыха на территории жилой застройки. В
городах Европы и других развитых стран, начиная с середины
семидесятых годов прошлого века, отмечается изменение досу-
говых предпочтений населения, особенно молодежи, заключаю-
щееся в том, что отдыху на открытом воздухе люди предпочита-
ют проведение своего свободного времени дома у телевизоров,
за компьютерами или в развлекательных досуговых центрах. Та-
ким образом, благоустроенные придомовые территории переста-
ют эксплуатироваться по прямому назначению, приходят в за-
пустение или меняют свои функции. Для выхода из этой ситуа-
ции рекомендуется организовывать территорию жилой застрой-
ки так, чтобы объекты культурно-бытового обслуживания нахо-
дились на некотором удалении от жилых домов — не таком
большом, чтобы жители были вынуждены пользоваться личным
автотранспортом, но достаточным для того, чтобы посещение
этих объектов могло бы считаться небольшой прогулкой. В сред-
нем это удаление основных объектов обслуживания населения
должно составлять 400—600 м [102]. Организация территории
жилой застройки, стимулирующая население передвигаться
пешком или на велосипедах, настоятельно рекомендуется и ев-
ропейским отделением ВОЗ [111]. К этому вполне естественно
было бы добавить, что эффективными такие мероприятия ста-
нут, только если уже на стадии разработки проектов благоуст-
ройства они будут сопровождаться организацией благоприятных
для прогулок микроклиматических условий.
При разработке проектов благоустройства также необходимо
учитывать ряд социальных аспектов. Среди них наиболее важ-
ными являются демографический состав и его динамика для по-
стоянного населения жилой территории, социально-экономичес-
кие условия, особенности психологических установок потреби-
- 117 -
телей (психофизиология восприятия, требования к эргономике!
групповые предпочтения). Количество и размеры площадок, '
также их посещаемость рассчитывают в зависимости от числен?
ности и возрастной структуры населения. Для этого проводя:
демографический анализ. С целью улучшения организации тер^
ритории необходимо выявить потенциал и потребность в ее исч!
пользовании различными группами населения. Так, например^
детские и игровые площадки не будут в полной мере выпол-!
нять своих функций в кварталах, где преобладает население
преклонного возраста. При соответствующем обосновании их
целесообразно заменить на прогулочные зоны и площадки ти-
хого отдыха.
Для определения необходимого количества и перечня рекре-
ационных элементов территории можно использовать данные
анализа структуры постоянного населения Москвы, проведенно-
го НИиПИ Генплана (табл. 7.1).
Таблица 7.1. Демографическая структура населения Москвы (%)
Показатели Москва Отдельные части города
центральная часть внешняя часть
всего территория в пределах Садового кольца территория за пределами Садового ! кольца
Численность постоянного населения, в том числе: 100 100 100 100
дети и подростки из них в возрасте: 20,0 18,5 18,3 20,3
0—5 лет 8,3 8,1 7,9 8,4
6 лет 1,3 1,2 1,1 1,4
7—15 лет 10,4 9,2 9,3 10,5
трудоспособное население, 56,0 54,0 53,0 56,8
из них в возрасте 16—17 лет 2,8 2,4 2,3 2,9
старше трудоспособного возраста 24,0 26,0 27,0 22,9
Каждая группа населения имеет свой бюджет рекреацион-
ного времени, предъявляет свои специфические требования к
составу и содержанию отдельных элементов благоустройства и
озеленения. Как видно из табл. 7.1, в центральных районах
доля детей и людей трудоспособного возраста ниже, чем в пе-
риферийных районах. Вместе с тем доля людей старше трудо-
- 118 -
способного возраста, наоборот, заметно выше. Эта категория
людей меньше нуждается в объектах спорта и активных видах
рекреации. Отсюда следует, что нормативная обеспеченность
элементами благоустройства жилых территорий может быть от-
корректирована в сторону увеличения площадей внутриквар-
тальных садов, скверов, бульваров. Снижение доли объектов
для спорта и участков активного отдыха при этом может ком-
пенсироваться более высокой плотностью застройки и, как
следствие, их более легкой транспортной и пешеходной доступ-
ностью.
Для целей формирования и нормирования микроклимати-
ческих условий на различных участках застройки необходимо
подробно дифференцировать возрастную структуру постоянно-
го населения с позиций требовательности возрастных групп к
условиям микроклиматической комфортности и безопасности
рекреационных территорий. Данные табл. 7.2 отражают возраст-
ную структуру населения и чувствительность различных возра-
стных групп к микроклимату
Первые три группы проводят почти все свое свободное вре-
мя на территории микрорайона. Примерно 70% детей дошколь-
ного возраста постоянно (кроме субботы и воскресенья) нахо-
дятся в детских садах. Практически все младшие школьники
половину дня проводят на игровых площадках микрорайона.
Таблица 7.2. Чувствительность возрастных групп к городскому
микроклимату (0 — безразличны; + — требовательны;-----не-
требовательны)
Возрастные группы населения Возраст (количество лет) Требовательность к микроклимату
Младшие дошкольники 0-3 0
Дошкольники 3-6 +
Младшие школьники 7 0
Школьники среднего возраста 7-13 —W
Школьники старшего возраста 14-15 —
Учащаяся молодежь 16-17 —
Трудоспособное население 18—55, 60 0
Пенсионеры 55, 60 и старше +
Дошкольники обладают относительно малой (по расстоя-
нию) подвижностью и обычно гуляют в непосредственной бли-
зости от подъездов домов. В подавляющем большинстве их со-
провождают взрослые члены семьи. Младшие дошкольники
- 112 -
(«колясочники») гуляют, в основном, в колясках и исключитель-
но в сопровождении взрослых, для которых на игровых площад- i
ках или рядом с ними устраиваются места отдыха. Поскольку ..j
взрослое население само по себе мало требовательно к услови-
ям микроклиматической комфортности и учитывает их только
применительно к прогуливаемым колясочникам, требования :
последних к микроклимату можно охарактеризовать как «нетре-
бовательны». С другой стороны, колясочники возраста 1,0—
1,5 лет чаще гуляют с пенсионерами (пожилые члены семей), ко-
торые, напротив, требовательны к микроклиматической комфор-
тности. Поэтому собственное отношение колясочников к микро-
климату можно охарактеризовать как безразличное.
Младшие школьники обладают значительно большей, чем
дошкольники, подвижностью и самостоятельностью, их игровые .
площадки должны иметь значительно более широкий набор ма-
лых архитектурных форм и игрового оборудования и, по воз-
можности, отделяться зелеными полосами от жилой застройки,
от площадок для дошкольников и от площадок отдыха. При
этом устанавливаются различные требования к микроклимату .
для площадок активных и тихих игр. Площадки для активных
(подвижных) игр должны лучше проветриваться и могут частич-
но или полностью инсолироваться. Площадки для тихого отды-
ха должны быть затенены, но здесь предъявляются более низ-
кие требования к условиям аэрации.
7.3. Пространственно-временная динамика
рекреационной деятельности
Исследованиями, проведенными в семидесятых годах про-
шлого века [83], было установлено, что в крупнейших городах
летом до 85% дошкольников выезжают за город — на дачи, в са-
натории и зоны отдыха. Эти же исследования показали, что ле-
том на 1 месяц выезжают из города 10%, на 2 месяца — 1% и на
3 месяца — 69 % учащихся. Поэтому игровые и детские площад-
ки микрорайонов имеют максимальную нагрузку в период с сен-
тября по май, с перерывом на зимние месяцы. Зимой характер и
режим их использования как мест рекреации изменяется.
В настоящие время в связи с резкими социально-экономи-
ческими изменениями, произошедшими в нашей стране, дети,
принадлежащие к малообеспеченным слоям населения, родите-
лям которых некуда и не на что вывезти своих детей, летом вы-
нуждены оставаться в городе. Это обстоятельство заставляет об-
ращать повышенное внимание на организацию их летнего отды-
- 120 -
ха в городе, размещение детских площадок, условия их микро-
климата, инсоляцию и аэрацию.
Школьники среднего и старшего возраста большую часть дня
проводят в школах и тратят много времени на подготовку до-
машних заданий. Для этой группы в микрорайонах должны со-
здаваться, в основном, спортивные площадки, достаточно изоли-
рованные от остальных компонентов территории. В связи с этим
при проектной подготовке строительства и реконструкции жи-
лых территорий необходимо размещать плоскостные спортивные
площадки и спортивные ядра школ в увязке с планировочным
решением сада микрорайона для создания благоприятных усло-
вий использования и тех, и других элементов территории.
С точки зрения архитектурно-градостроительной климатоло-
гии эта задача должна решаться компромиссно для трех вариан-
тов оптимизации микроклиматических условий. В дополуденное
время теплого сезона (обязательные занятия физической куль-
турой в школах) и вечернее время (самостоятельные занятия
спортом детей школьного возраста) должны обеспечиваться хо-
рошие условия проветривания этих территорий с защитой от
внешнего перегрева.
Любое решение должно учитывать необходимость защиты от
ветра и максимально возможную инсоляцию для занятий спортом
зимой. В зимнее время основная масса детей различных возраст-
ных групп занята в учебных заведениях, и их потребности в заня-
тиях физкультурой и спортом удовлетворяются на территориях
этих учебных заведений (спортзалы, спортивные ядра). В связи с
этим, учитывая общий недостаточный уровень инсоляции зимой
и то, что ветровой дискомфорт зимой практически не может быть
устранен приемами озеленения, при размещении спортивных пло-
щадок на территории жилой застройки их микроклиматические
условия в зимнее время играют меньшую роль, чем летом. Толь-
ко при этом условии, а также при организационном решении воп-
роса доступности для населения школьных открытых спортивных
площадок летом в период школьных каникул, может быть достиг-
нуто их круглогодичное использование жителями прилегающих
жилых домов для рекреационных целей. Такая практика, называ-
емая «всесезонным использованием рекреационных ресурсов
(multiseasonal use of recreational resources)» уже получила широ-
кое распространение за рубежом [ 135].
Трудоспособное взрослое население и молодежь проводят в
рабочие дни вне микрорайона в среднем 10—11 часов (работа,
учеба, проезд в оба конца, посещение культурно бытовых и зре-
лищных предприятий). Использование микрорайонных террито-
- 121 -
рий этой группой населения для проведения досуга и рекреации
минимально, особенно в теплый период года. |
Пенсионеры, в отличие от предыдущей возрастной группы,
значительную часть своего времени проводят в микрорайоне.
Примерно 20% их сопровождают детей, главным образом до-
школьников, около 60% отдыхают в микрорайоне без детей.
Причем, интенсивность рекреации пожилых людей на террито-
рии микрорайонов высока в течение всех сезонов года, поэтому
площадки отдыха, устраиваемые для этой группы населения,
требуют особенно тщательного выбора места размещения и про-
ведения мероприятий по созданию комфортных и безопасных
микроклиматических условий.
Аналогичные исследования рекреационной деятельности на-
селения на придомовых территориях и внутримикрорайонных
пространствах проводились и во многих крупных городах с уме-
ренным климатом. Так, комплексное изучение шести существу-
ющих жилых микрорайонов Омска — седьмого по величине го-
рода России — было проведено по методике НИИ экологии че-
ловека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН.
В ходе этого исследования, посвященного использованию насе-
лением территорий жилых микрорайонов, были опрошены свы-
ше 2000 жителей.
Основным объектом изучения была семья, поскольку ис-
пользование территории микрорайона для целей формирования
и регулирования микроклиматических условий интересно, преж-
де всего, с точки зрения удовлетворения семейных потребностей
в краткосрочном отдыхе и рекреации.
Среди опрошенных преобладали семьи в 3—4 человека, со-
стоящие из пары родителей с детьми, причем наиболее много-
численная группа — семьи, имеющие 2-х детей (39%). В целом
население изучаемых микрорайонов по возрасту, полу, семейно-
му положению мало отличается от средних данных по Омску и
других крупных городов (с населением более 1 млн чел.).
Анализ результатов опроса показал, что население достаточ-
но активно использует придомовую территорию для отдыха —
5% членов семей опрошенных бывают на ней ежедневно, 31% —
периодически, лишь 15% практически не используют ее для рек-
реационных целей. При этом большинство жителей в качестве
причины, ограничивающей рекреационную активность в целом,
указывают на недостаток свободного времени (58,7% жителей).
Из лиц, ежедневно пользующихся территорией, более поло-
вины составляют дети до 14-летнего возраста (38,9%) и люди
пожилого возраста (16,9%). Если дети и подростки (92%) ежед-
- 722 -
псвно бывают на свежем воздухе — в основном, во дворе (96%),
то среди занятых на производстве заметно увеличивается коли-
чество лиц, не пользующихся придомовой территорией (24,5%).
Характер использования придомовой территории весьма раз-
нообразен. Наибольший удельный вес занимают пешеходные
прогулки (22,6—39,0%), тихий отдых (13,6—33,2%), наблюдение
за детьми (12,7—21,9%). В значительно меньшей степени насе-
ление занимается настольными играми (2,1—13,0%), подвижны-
ми играми с детьми (1,5—4,0%), занятиями физкультурой (2,4—
6,6%). Основные виды занятий на придомовой территории (ти-
хий отдых, прогулки, занятия с детьми) не требуют сложного
оборудования. Однако отсутствие скамеек, беседок, дорожек,
озеленения является одним из мотивов отказа от повседневного
отдыха на свежем воздухе.
Наибольшая часть жителей пользуется площадками для ти-
хого отдыха — 31%, детскими и физкультурными — меньшая
часть (15 и 9% жителей, соответственно). Известную роль среди
причин, ограничивающих отдых во дворе, играет также недоста-
точное количество зелени во дворах (16%) и скученность жите-
лей на территории (9%). Важно и то, что до 47—69% жителей
микрорайонов указывают на наличие во дворах сквозняков, свя-
занных с применением открытых систем застройки. Поэтому в
климатических условиях Западной Сибири следует отказаться
от применения открытых систем застройки и шире использовать
сооружения и площадки для зимних видов спорта, легко транс-
формируемые в площадки для летнего отдыха и игр.
В среднем население проводит на придомовой территории от
одного до четырех часов, в зависимости от времени года, дня
недели, погоды. Отмечается увеличение времени пребывания
жителей в выходные дни, особенно в группе лиц, занятых на
производстве (на 29,4—35,6%).
Причинами, ограничивающими использование территории
микрорайона в целом, являются как социально-экономические,
так и психологические факторы, при этом заметную роль играет
степень благоустройства, а также природно-климатические усло-
вия. Об этом свидетельствует сезонная динамика активности
использования территории — зимой она ниже, чем летом и в
переходные сезоны года. Зимой снижение активности вызвано
неблагоприятными погодными условиями, летом, наоборот, в
выходные дни погода позволяет проводить отдых в более уда-
ленных местах, чем территория микрорайона.
Кроме природно-климатических условий на интенсивность
и характер использования придомовых и внутримикрорайон-
- 123 -
ных территорий населением оказывают влияние такие факто-
ры как морфотип застройки и расположение микрорайона в
городе, о чем уже говорилось выше при анализе демографичес-
кой структуры.
В этом отношении очень показательны исследования, вы-
полненные в Самарском НИИ гигиены [43]. Для анкетного оп-
роса по упоминавшейся выше методике НИИ экологии чело-
века и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН
взяты два жилых микрорайона, имеющие 5—9-этажную заст-
ройку Один из районов расположен в центральной части горо-
да (мкр. № 1), второй — на окраине, в районе массового жи-
лищного строительства (мкр. № 2). По времени заселения, пло-
щади и уровню благоустройства и озеленения микрорайоны
примерно равны. Различия между районами состоят в распо-
ложении в черте города,’ более высокой численности населения
и плотности заселения в микрорайоне, расположенном ближе
к центру города (мкр. № 1).
Численность опрошенных составляла около 10% от числен-
ности населения каждого из микрорайонов. Подавляющее число
опрошенных составили люди трудоспособного возраста (75—
80%).
Так как мкр. № 1 расположен ближе к центру города, имеет
хорошую сеть культурно-бытового, транспортного и прочего об-
служивания, подавляющее число жителей (98%) удобство рас-
положения своего района в плане города и условия его обслу-
живания оценили высоко. Жители микрорайона № 2 (15 км от
центра) отметили меньше удобств проживания (хороших и удов-
летворительных оценок 84%). Таким образом, были выявлены
заметные различия в уровне транспортного и культурно-бытово-
го обслуживания, отразившиеся в ответах жителей изученных
микрорайонов. Было сделано предположение, что эти различия
должны оказывать воздействие на рекреационные предпочтения
жителей и структуру рекреационной нагрузки на территорию
жилой застройки микрорайонов.
Как и следовало ожидать, придомовой территорией пользу-
ются в мкр. №1 49,1% жителей, в мкр. № 2 — 67,5% жителей.
Кроме этого было выявлено, что с увеличением этажности зда-
ния процент жителей, пользующихся придомовой территорией,
заметно уменьшается. Основная цель пребывания на придомо-
вой территории — отдых и прогулки с детьми, чаще всего в ве-
чернее время (продолжительностью более одного часа). Незна-
чительное количество жителей пользуются территорией микро-
районов для игр и занятий спортом (мкр. № 1 — 15%, мкр.
- 124 -
№ 2 - 14%), что в данном случае могло быть связано с одинако-
во низким уровнем благоустройства территорий исследуемых
микрорайонов — нехваткой игровых и спортивных площадок во
дворах.
Еще одним фактором, влияющим на рекреационную актив-
ность населения, является этажность застройки. Исследования,
проведенные Институтом экологии человека и гигиены окружа-
ющей среды в разных городах в микрорайонах и кварталах, за-
строенных зданиями повышенной этажности, и в районах со
сложившейся городской застройкой, где здания повышенной
этажности возводятся в условиях реконструкции, показали, что
при близких показателях плотности жилого фонда «брутто»
(3673—3700 м2/га), плотности застройки (13—15%) и одинако-
вой степени благоустройства и озеленения участков, показали
различия в характере использования населением внутримикро-
районных и внутриквартальных территорий для отдыха, связан-
ные с этажностью жилых зданий.
Во всех обследованных районах максимально используются
внутриквартальные озелененные территории, однако степень
этого использования неодинакова. При наблюдении в микрорай-
оне смешанной 5—9-этажной застройки озелененными террито-
риями для кратковременного отдыха воспользовались 93 чел. за
1 час наблюдений, при 5—12-этажной застройке число отдыхаю-
щих составило 55 чел., при 16-этажной застройке — всего 14 чел.
При однородной 12-этажной застройке было зафиксировано
наименьшее число жителей, отдыхающих на территории — 8 чел.
По данным опросов, жители верхних этажей 8—12 этажных зда-
ний (85% опрошенных) ограниченно пользуются озелененным
внутриквартальным участком для отдыха, в то время как среди
жильцов 1—6-х этажей ограниченное пользование участком со-
ставляло всего 11%.
Таким образом, с повышением этажности застройки и увели-
чением количества жителей в расчете на 1 га территории число
отдыхающих на открытом воздухе снижается как в относитель-
ном, так и абсолютном отношениях.
Реконструкция кварталов при возведении новых жилых зда-
ний большей этажности с сохранением большой этажности ос-
новного фонда, в конечном счете, приводит к переуплотнению
жилых территории в кварталах. Население, проживающее в та-
ких кварталах, испытывает большие неудобства в связи с отсут-
ствием организованных внутриквартальных и придомовых тер-
риторий, предназначенных для размещения зеленых насаждений
и мест отдыха, что особенно отрицательно отражается на отды-
- 125 -
хе детей и лиц пожилого возраста, для которых пользование ле-
сопарками затруднено.
Исследования показали также, что размеры территории внут-
риквартальных зеленых насаждений оказывают влияние на ха-
рактер отдыха населения. Так, при наличии в квартале и микро-
районе укрупненного и удобно связанного с подъездами жилых
домов массива зеленых насаждении (площадью в 1 га и более)
население предпочитает активные виды отдыха и спортивные за-
нятия. Причем зонирование этого массива для различных видов
отдыха производится населением «стихийно» и, как правило, до-
вольно удачно.
В кварталах, где отсутствуют укрупненные зеленые простран-
ства и жилые территории представлены лишь небольшими по
площади придомовыми участками (0,3—0,5 га), а население не
имеет возможностей для полноценного отдыха на открытом воз-
духе, нередко возникают «конфликты» между видами рекреаци-
онной деятельности, причем поводом для этого часто служит фак-
тор пригодности того или иного элемента территории для рекреа-
ции по признаку микроклиматической комфортности, критерии
оценки которой рассмотрены в следующих главах книги.
Глава 8
Эколого-гигиенические требования к микроклимату
8.1. Биофизические и гигиенические предпосылки
организации микроклимата
Первый закон термодинамики гласит, что для изолирован-
ной системы, в которой протекают любые (механические, теп-
ловые или химические) процессы, нельзя изменить общий уро-
вень энергии без получения ее извне. Закон сохранения энер-
гии справедлив и для живых организмов. При окислении пи-
щевых веществ в организме практически образуется то же ко-
личество тепла, что и при сжигании их в калориметрической
емкости. Разница заключается в том, что в живых системах не-
прерывно протекают необратимые процессы, тогда как термо-
динамика неживых систем имеет дело также и с обратимыми
реакциями.
Выделение тепла в живых системах связано с теми реакция-
ми, которые протекают на промежуточных этапах общей цепи
биохимических процессов. Важнейшей реакцией, в результате
которой в живой системе выделяется тепло, является реакция
- 126 -
окисления, протекающая в такой системе необратимо. Общее
количество тепла, выделяемое в организме человека при усвое-
нии пищи, может быть вычислено по закону Гесса на основе оп-
ределения количества тепла, выделяемого при окислении такого
же количества пищи in vitro. По существу, этот закон представ-
ляет собой одно из следствий первого закона термодинамики.
Анализ живых систем с термодинамической точки зрения
послужил основой для широкого обсуждения физической при-
роды жизни, проведенного Шредингером и затем Бриллюэном
еще в сороковых годах XX века. Особое внимание эти исследо-
ватели уделяли вопросу применимости к живым системам вто-
рого закона термодинамики. Однако, как известно, этот закон
справедлив только по отношению к изолированным системам.
Биологические же системы постоянно обмениваются с окружа-
ющей средой как веществом, так и энергией и, следовательно,
должны быть отнесены к открытым.
В открытой системе при стационарном состоянии всех про-
цессов энтропия остается постоянной, хотя при этом ее значе-
ние не является максимальным. Стационарное состояние откры-
той системы поддерживается'за счет того, что система непрерыв-
но получает свободную энергию из окружающей среды, причем
как раз в таком количестве, какое необходимо для количества
свободной энергии системы (динамическое равновесие). При
стационарном состоянии открытой системы не существует ра-
венства скоростей прямой и обратной реакции, как это имеет
место при химическом равновесии системы; напротив, скорость
реакции, протекающей в одном направлении, как правило, пре-
вышает скорость реакции, протекающей в обратном направле-
нии. Разность этих скоростей остается постоянной во времени.
В открытой системе, находящейся в стационарном состоянии,
скорость возрастания энергии (или скорость рассеивания сво-
бодной энергии) принимает минимально возможное при данных
условиях положительное значение.
Человеческий организм может рассматриваться как открытая
термостатированная система с внутренним источником тепла, а
одежда — как тепловой барьер между поверхностью кожи и
внешней средой. Энергетический баланс человека отсюда дол-
жен рассматриваться с учетом как процессов, происходящих
внутри организма, так и теплообмена между телом и окружаю-
щей средой. Тепловая энергия, выделяющаяся при экзотермичес-
ких химических реакциях, протекающих главным образом в ске-
летных мышцах и внутренних органах, представляет собой ту
переменную величину, которая используется гомойотермным
- 127 -
(теплокровным) организмом для поддержания внутренней тем-
пературы тела.
Поскольку сохранение постоянства температуры тела явля-
ется необходимым условием жизнедеятельности человека, необ-
ходимо, чтобы в его тепловом балансе сохранялось равенство
прихода и расхода тепла. Если приход тепла зависит, в основ-
ном, от интенсивности химических превращений пищевых ве-
ществ и обменных процессов, то его расход осуществляется за
счет различных процессов передачи тепла в окружающее про-
странство. Эта теплопередача осуществляется как за счет физи-
ческих, так и физиологических процессов. Схематически можно
довольно просто разграничить область их действия: теплопере-
дача от внутренних органов к коже происходит на основе физи-
ологических закономерностей, а с поверхности тела — через
кожу и одежду в окружающую среду — в соответствии с физи-
ческими законами.
8.2. Физиологические процессы терморегуляции
Таким образом, под терморегуляцией подразумевают сово-
купность физиологических процессов, обусловленных деятель-
ностью центральной нервной системы и направленных на под-
держание температуры мозга и внутренних органов в узких оп-
ределенных границах, несмотря на значительные колебания тем-
пературы окружающей среды и собственной теплопродукции
организма. Б физиологии процессы терморегуляции человече-
ского организма, обеспечивающие поддержание постоянной тем-
пературы тела, разделяются на процессы химической терморегу-
ляции (теплопродукция организма) и физические процессы (пе-
ренос тепла внутри организма и его передача в окружающую
среду теплопроводностью, испарением, излучением).
В теле теплокровных животных, в том числе и человека, су-
ществует крайне сложное пространственное температурное поле,
изменяющееся во времени и обеспечивающее наличие радиаль-
ных и аксиальных температурных градиентов. Эта весьма слож-
ная температурная топография организма обусловлена неодина-
ковым теплообразованием в отдельных органах, их сложной гео-
метрической формой, а также различной теплоизоляцией тка-
ней, различными условиями испарения, конвективного теплооб-
мена и переноса тепла кровью. Различают внутреннюю — гомой-
отермную — часть тела («сердцевину») и поверхностную часть
(«оболочку»), температура которой в той или иной степени за-
висит от колебаний температуры окружающей среды. Резко раз-
- 128 -
граничить обе эти части не представляется возможным. Образу-
ющееся в «сердцевине» тепло подводится к «оболочке» с током
крови и частично за счет теплопроводности тканей.
У гомойотермных животных к «сердцевине» тела относятся
внутренности грудной и брюшной полостей, мозг и часть ске-
летных мышц, к «оболочке» — поверхностные ткани. Размер
«оболочки» у человека при умеренных колебаниях температуры
окружающей среды составляет, по одним данным, 20%, по дру-
гим — 35% массы тела. При сильном переохлаждении размер
«оболочки» может достигать 50% веса тела, что соответствует
средней толщине поверхностного слоя тканей в 2,5 см.
При благоприятных метеорологических условиях устанавли-
вается стационарное состояние системы, при котором поток теп-
ла из «сердцевины» в «оболочку» равен потоку тепла из «обо-
лочки» во внешнюю среду. Это стационарное состояние обеспе-
чивается в случае, когда количество тепла, образуемое в едини-
цу времени, равно количеству тепла, отдаваемому за ту же еди-
ницу времени в окружающую среду с поверхности тела. Однако
это положение, применительное к гомойотермному организму,
справедливо лишь по отношению к интегральным величинам
теплообразования и теплоотдачи, взятым за достаточно большой
промежуток времени. Мгновенные значения теплообразования и
теплоотдачи в чрезвычайно редких случаях оказываются равны-
ми между собой. Обычно вследствие неравенства теплообразо-
вания и теплоотдачи и изменений температурного поля тепло-
содержание тела колеблется, иногда — весьма заметно.
В организме существует замкнутый контур регулирования
тепла, включающий звено направленного действия, который с
точки зрения теории регулирования представляет собой систе-
му с отрицательной обратной связью. Основным регулируемым
параметром служит температура внутренних частей тела, за ко-
торую можно принять температуру гипоталамуса. Все остальные
величины являются в тепловом балансе тела переменными. Теп-
лообразование, теплоотдача, тепловое сопротивление и теплосо-
держание являются функциями возраста, размеров тела челове-
ка и внешних условий, и только температура внутренних частей
тела (по крайней мере, у высших теплокровных животных) со-
вершенно не зависит от этих факторов. Повышение или пони-
жение температуры вызывает через посредство центральной
нервной системы увеличение или уменьшение теплоотдачи и
теплообразования. Таким образом, в биофизическом смысле
организм человека является саморегулирующейся системой, фи-
зиологический механизм которой направлен на обеспечение со-
- 129 ~
ответствия образованного тепла количеству тепла, отданного <
внешней среде.
Механизм терморегуляции активируется двумя способами: :
раздражением кожных терморецепторов под влиянием термиче-
ских воздействий среды и непосредственным раздражением '
центров терморегуляции в мозгу за счет изменения температу- ,
ры крови.
Некоторые терморецепторы инкапсулированы, но больший- j
ство представляет собой голые окончания нервных волокон. |
Вопрос о том, с какими именно имеющимися в коже нервными J
окончаниями связана температурная рецепция, до сих пор окон- ।
чательно не решен. Первоначально считали рецепторами холода ।
колбы Краузе, а тепловыми — тельца Руффини. Однако некото- |
рые исследователи приписывают функцию температурных ре- 1
цепторов имеющимся в коже свободным нервным окончаниям. I
Электрофизиологические исследования О.П. Минут-Сорохти- |
ной показали, что импульсы возбуждения, регистрируемые в j
кожных нервах, продуцируются механорецепторами подкожных 1
кровеносных сосудов, которые также участвуют в осуществле- j
нии терморецепции. |
Распределение терморецепторов в различных областях тела ]
характеризуется значительной неравномерностью. Наибольшее i
их количество имеется в коже лица (область тройничного нер-
ва). Поэтому область лица, а особенно назолабиальная зона, j
представляет собой важную рефлексогенную зону температур- :
ных рефлексов. Благодаря мощным связям ядра тройничного
нерва с ретикулярной формацией мозгового ствола, температур- j
ные воздействия на эту область приобретают способность вызы- j
вать в организме выраженные физиологические сдвиги терморе- i
гуляционного характера [85]. Наименьшее количество рецепте- i
ров обнаружено в коже нижних конечностей.
Порог восприятия при термическом раздражении больших j
участков ниже, чем при раздражении одиночных нервных окон- i
чаний. Благодаря этому возможно восприятие таких изменений *
температуры как несколько тысячных долей градуса в секунду -•
Для терморецепторов характерна постоянная (спонтанная) ак- j
тивность; сигнализация об окружающей температуре осуществ- j
ляется путем модуляции фоновой активности рецепторов. j
В настоящее время сложилось представление о цепи термо-
регуляторного сосудистого рефлекса как о ряде рефлекторных j
дуг, как бы надстроенных друг над другом и замыкающихся на j
разных уровнях центральной системы. Корковый компонент j
темрорегулярного рефлекса возникает по условно-рефлекторно- •]
- 130 -
му принципу и осуществляет наиболее тонкие и сложные фор-
мы приспособления организма к меняющимся условиям среды.
Основная, автоматически действующая часть центра локализу-
ется в гипоталамической области, в передней, средне-задней и
преоптической его частях. В гипоталамусе осуществляется
функциональная связь центров терморегуляции и сосудодвига-
тельного центра. Терморегуляторные реакции связаны с цент-
рами регуляции обмена, с моторными центрами скелетной мус-
кулатуры.
В регуляции теплоотдачи основная роль принадлежит пери-
ферическому кровообращению. В зависимости от скорости кро-
вотока в коже меняется величина теплоотдачи с ее поверхности.
Нервно-рефлекторный механизм начального ответа сосудов на
температурные раздражения связан с участием вазомоторов.
Прямым доказательством участия в этих реакциях центральной
нервной системы является чрезвычайная легкость возникнове-
ния условно-рефлекторных сосудистых реакций при сочетании
температурных раздражений с индифферентными раздражения-
ми или стереотипной обстановкой. Рефлекторные реакции при
воздействии холода направлены на сохранение тепла, при этом
кожные сосуды сужаются, и благодаря этому теплоотдача у че-
ловека может уменьшиться на 16 и даже 33%. При дальнейшем
охлаждении возникает мышечная активность, которую вначале
можно обнаружить лишь по потенциалам действия, а затем и
внешне — появляется дрожь. Усиление мышечной активности
имеет частично нервную природу, а частично вызывается выде-
лением надпочечниками адреналина. Первые рефлекторные ре-
акции появляются в ответ на периферические воздействия, а
терморегуляторный центр начинает действовать при пониже-
нии температуры крови. Однако дрожь наступает до того, как
удается обнаружить понижение температуры в глубоких тканях
организма.
Длительное воздействие холода активизирует кору надпочеч-
ников, вероятно, через гипофиз. В результате появляются такие
проявления стресса как уменьшение числа эозинофилов и лим-
фоцитов.
Если теплопродукция организма и потери тепла не сбалан-
сированы, то в организме может наблюдаться его накопление с
повышением температуры тела или его дефицит, приводящий к
переохлаждению организма. Система терморегуляции организма
позволяет в определенных пределах обеспечивать баланс проду-
цируемого и теряемого телом тепла. Однако возможности тер-
морегуляции ограничены.
- 131 -
8.3. Терморегуляторные реакции и теплоощущения человека
С гигиенической точки зрения важно отметить, что влияние
температурных агентов на организм приводит не только к изме-
нению в специфических рефлекторных органах терморегуляции,
но также изменяет определенным образом общее функциональ-
ное состояние организма. В связи с этим любые температурные
воздействия, выходящие за рамки «термически нейтральных»,
вызывают ту или иную степень напряжения терморегуляторных
механизмов, вызывая в коре головного мозга более или менее
генерализованную реакцию, которая может изменить функцио-
нальную активность определенных подкорковых центров. Это
выражается в изменении тонуса мышц и периферических сосу-
дов, активности потовых желез, теплопродукции, что, в свою
очередь, создает определенное тепловое самочувствие и может
вызвать чувство общего дискомфорта.
Теплоощущения являются субъективной оценкой человеком
своего теплового состояния. Любое воздействие на человека тех
или иных микроклиматических факторов формирует различные
условия теплообмена организма со средой и определяет его оп-
ределенное функциональное состояние, которое принято назы-
вать «тепловым состоянием». Тепловое состояние отражает не
только субъективное теплоощущение человека, но и характер
тех физиологических процессов, которые происходят в организ-
ме при изменении условий среды. Оно характеризуется содер-
жанием тепла в «ядре» и «оболочке» и степенью напряжения
аппарата терморегуляции.
Наиболее тесная корреляционная связь теплоощущений с
объективными показателями теплового состояния наблюдается
в случае пребывания человека в относительном покое , или при
выполнении легкой физической работы. Во время выполнения
тяжелых работ или в состоянии выраженного нервно-эмоцио-
нального напряжения связь теплоощущений с объективными
показателями теплового состояния человека выражена слабо, что
необходимо учитывать при оценке и нормировании микрокли-
мата.
Тепловое состояние, при котором наблюдается незначитель-
ное напряжение терморегуляции, определяется как состояние
теплового комфорта. При этом в организме обеспечиваются оп-
тимальные условия работы всех функциональных систем и вы-
сокий уровень работоспособности. Это состояние характеризу-
ется как стационарное. Оно сохраняется и при умеренном на-
пряжении терморегуляции, которое возникает в результате не-
- 132 ~
больших изменений термических условий среды. При суще-
ственных их изменениях постоянство теплового баланса и тем-
пературы тела достигается за счет сильного, а затем и резкого
напряжения терморегуляции. В последнем случае тепловой ба-
ланс становится избыточным или дефицитным, а стационар-
ность состояния нарушается.
В холод и жару терморегуляторные системы организма че-
ловека испытывают напряжение, которое выражено тем больше,
чем температура воздуха ниже или выше некоторых пределов, в
которых организм человека испытывает тепловой комфорт. При
таких условиях напряжение терморегуляторного аппарата дости-
гает максимума. С гигиенической точки зрения летняя рекреа-
ционная деятельность возможна при погодах, приводящих к ми-
нимальному или слабому напряжению терморегуляторного ап-
парата, когда нет никаких патологических реакций.
При низкой температуре организм стремится увеличить вы-
работку тепла (в определенных условиях он может ее даже уд-
воить) и снизить его отдачу с поверхности кожного покрова.
При этом, благодаря сужению поверхностных кровеносных со-
судов, к внешним тканям поступает меньше тепла от внутрен-
них частей организма, а температура кожи понижается. В этом
случае разность между температурой кожных покровов и внеш-
ней средой уменьшается. Это приводит, в первую очередь, к
уменьшению такой статьи расхода как излучение с поверхности
тела человека.
При холодных погодах и небольшом приходе солнечного теп-
ла на первый план выступает процесс отдачи тепла телом чело-
века путем конвекции. Такие теплопотери (до известной степе-
ни) регулируются использованием одежды и выполнением фи-
зической работы определенной трудности, при которой возрас-
тает теплопродукция организма. Затраты же на испарение пота
в таких условиях очень малы. Указанные приспособительные
процессы могут снижать теплопотери организма весьма значи-
тельно. При особенно сильном действии холода трудоспособ-
ность человека резко снижается, и развиваются такие патологи-
ческие реакции как обморожение.
В жару, когда организму приходиться бороться с перегревом,
он приспосабливается к условиям окружающей среды другими
способами. В жаркую погоду происходит рефлекторное расши-
рение сосудов кожи. Дыхание становится учащенным и поверх-
ностным, возрастает частота сердечных сокращений. Температу-
ра кожи повышается, вследствие чего возрастает потеря тепла
излучением. Охлаждение организма достигается, в основном,
- 133 -
испарением пота, которое происходит с большими затратами
энергии на фазовый переход воды в парообразное состояние.
Эти изменения приводят к удвоенной по сравнению с холодной
погодой отдаче организмом тепла в окружающее пространство.
Увеличение испарения пота при повышении температуры возду-
ха служит показателем нарастающего напряжения терморегуля-
торных систем организма. Потоотделение при особенно жаркой;
погоде может превышать 750 г/ч.
Для поддержания термостабильного состояния необходимо
равновесие между теплообразованием и притоком тепла, с одной
стороны, и теплопотерями — с другой. Тогда:
R + М = Р +LE + ЬЕЛ + Рл, (8.1)
где: R — радиационный баланс организма; М — теплопродукция
организма; Р — турбулентный теплообмен (конвекция); LE — зат-
раты тепла на испарение пота; ЬЕЛ — затраты тепла на испарение
воды с поверхности легких; Рл — альвеолярный теплообмен.
Если теплоотдача (правая часть уравнения 8.1) будет боль-
ше (меньше) теплопродукции и радиационного прихода (левая
часть уравнения 8.1), то, соответственно, снизится (повысится)
теплосодержание организма и тем самым изменится температу-
ра внутренних частей тела, что повлечет за собой изменение
физиологического градиента температуры между внутренними и
внешними частями тела. Это, в свою очередь, привет к измене-
нию температуры кожи и потоотделения. Такой процесс совер-
шается непрерывно, и равновесие никогда не успевает устано-
виться.
Как видно из приведенного уравнения, все его члены зави-
сят от параметров окружающей среды, значимость которых
сильно различается в зависимости от времени года (погоды) и
от теплофизических свойств окружающей среды, в том числе
естественных ландшафтов или городской застройки.
При низких температурах воздуха Р является основной ча-
стью теплопотерь тела человека, а при высоких температурах ос-
новная роль принадлежит большим по значению LE и R.
В летнее время в средней и южной полосе европейской тер-
ритории поток радиационного и турбулентного тепла из окру-
жающей среды к телу человека в дневные часы избыточен и
приводит к потоотделению. В этих частях страны обычно нет
необходимости защищаться от охлаждающего влияния ветра в
летнее время, в отличие, например, от Прибалтики.
В весеннее и осеннее время почти на всей территории Рос-
сии приток тепла из окружающей среды к телу человека уже
- 134 -
недостаточен, следовательно, требуется применение одежды с
определенными теплозащитными свойствами, препятствующими
оттоку тепла от его тела.
Для температуры воздуха в теплый период, рассматривая ее
в комплексе с другими метеоэлементами, можно установить не-
которые граничные величины, так или иначе характеризующие
среду. Так, летом, при +25°С и солнечной радиации 0,8 кал/см2
в минуту и более человеком ощущается значительный перегрев,
при +23“С и той же радиации — умеренный, а при +20°С на-
блюдались первые признаки дискомфорта.
При определении дискомфортности перегрева обычно исхо-
дят из предположения о том, что теплоизоляция одежды соот-
ветствует средним погодным условиям. Как правило, люди оде-
ваются не из расчета на самый жаркий, но сравнительно корот-
кий период дня, а гораздо теплее, ориентируясь на погоду про-
хладных утренних и вечерних часов. В результате фактическая
теплоизоляция их одежды значительно превышает требуемую.
Как правило, перегрев наступает при более низких температу-
рах окружающей среды, что, в свою очередь, удлиняет неблагоп-
риятный период дня и года. Это позволяет считать дискомфорт-
ными (перегревными) условиями дни с температурой воздуха
уже +20°С, его относительной влажности 20—60%, скорости до
1,5 м/с и интенсивности солнечной радиации 1 кал/см2 в мину-
ту и выше.
Реакция на погоду зависит от возраста и пола. Замечено, на-
пример, что у детей и пожилых людей зона комфорта ограниче-
на более узким интервалом микроклиматических условий, чем у
молодых людей. Установлено также, что пожилые женщины чув-
ствуют себя комфортно при более низких температурах воздуха,
чем пожилые мужчины.
Гигиенистами доказано, что американская зона комфорта
(+20,2—26,7°С) является для климатических условий этой стра-
ны завышенной, поскольку она была определена для людей, жи-
вущих в более теплом умеренно-континентальном климате. Для
районов умеренного климата нашей страны, где зимы холоднее,
чем на тех же широтах в Северной Америке, нижняя граница
зоны комфорта равна +10°С. Верхний предел этой зоны в на-
шей стране равен +24,5°С. Это указывает на то, что в связи с
большой изменчивостью климатических условий нашей обшир-
ной страны, ее население приспособилось к более широкому ди-
апазону изменений климатических условий.
Теплоощущение человека во многом зависит от одежды, бы-
товых привычек и т.д. Очевидно, что у англичан, круглый год
- 135 ~
носящих шерстяное белье, должны быть иные критерии комфор- I
та, чем у американцев. Действительно, комфортная зона англи- j
чан на 3—5°С ниже, чем у американцев, и почти на 9’С ниже, 1
чем у коренных жителей острова Ява в Индонезии. .1
Что касается влажности воздуха, то согласно исследованиям |
гигиенистов, оптимальной является относительная влажность
воздуха, равная 30—60%. В таких градациях относительной's
влажности воздуха термовлажностный режим организма челове- 'j
ка остается без изменений. В большинстве районов европейской
части России летом в дневное время чаще всего наблюдаются ]
именно такие величины относительной влажности воздуха 1
(обычно в пределах 30—70%). j
*
8.4. Тепловой баланс организма человека j
и тепловой комфорт J
Как было показано выше, микроклимат, представляющий со- >j
бой комплекс физических характеристик окружающей среды, J
оказывает влияние на теплообмен человека с этой окружающей |
средой, на его тепловое состояние, определяя самочувствие, ра- *
ботоспособность и состояние здоровья. К наиболее значимым j
санитарно-гигиеническим показателям микроклимата относятся: ]
температура воздуха и его относительная влажность, скорость (
движения воздуха (скорость ветра), тепловое излучение. Жиз- <
недеятельность человека может нормально протекать лишь при
условии сохранения термического гомеостаза организма, что до-
стигается за счет системы терморегуляции и усиления деятель-
ности других функциональных систем: сердечно-сосудистой, вы-
делительной, эндокринной и систем, обеспечивающих энергети-
ческий, водно-солевой и белковый обмены. Напряжение в фун-
кционировании перечисленных систем, обусловленное воздей-
ствием неблагоприятного микроклимата, может сопровождать-
ся ухудшением здоровья и усугубляется воздействием на орга-
низм других вредных факторов (вибрации, шума, химических
веществ и др.).
Отдача потока теплоты с поверхности кожи конвекцией, теп-
лопроводностью через одежду, лучеиспусканием и испарением
влаги происходит по известным физическим законам тепло- и
массообмена. Плотности тепловых потоков конвекцией и луче-
испусканием (qT, Вт/м2) определяют для различных категорий
тяжести труда оптимальное и допустимое (по верхней и нижней
границам) тепловое состояние человека. Граничные условия на
поверхности кожи при математическом описании закономерно-
- /36 -
стей тепломассообмена представляются в виде максимальных и
допустимых значений теплопродукции, тепловых потоков и тем-
пературы кожи, затрат тепла на испарение. Эти величины полу-
чены из физиолого-гигиенических исследований с учетом усло-
вий конвективного и лучистого теплообмена поверхности кожи
и одежды с окружающей средой. При оценках выполняется пе-
ребор всех возможных значений и видов граничных условий.
Вся информация об изменении условий теплообмена с окру-
жающей средой поступает в систему терморегуляции организма
через изменения теплового потока на поверхности кожи. Интен-
сивность воздействия этих изменений на систему терморегуля-
ции в начальный период определяется изменением условий тер-
мического сопротивления тела, направленного на сохранение по-
стоянства потока теплоты, передаваемого от «ядра» к коже и
равного теплопродукции.
Для сохранения постоянной температуры тела организм дол-
жен находиться в термостабильном состоянии, которое оценива-
ется по состоянию теплового баланса. Тепловой баланс достига-
ется координацией процессов теплопродукции и теплоотдачи, а
осуществляется аппаратом физиологической терморегуляции и
путем приспособительных действий человека («поведенческая
терморегуляция»), направленных на создание соответствующего
микроклимата с использованием адекватной условиям жизнеде-
ятельности человека одежды и регламентацией времени воздей-
ствия внешней термической нагрузки.
Составляющие теплового баланса в общем виде приведены
на рис. 8.1. Он может быть описан уравнением:
(Ом От.в.) ” (Оизлф Q-KOI-B. Оконд. + Оисплиф. + ОИсп.ДЫХ.
+ ОИСп.п + Одых.) “ ±ДОгс’ (8.2)
где: QM — тепло, продуцируемое человеком (теплопродукция);
Q,rB — тепло, поступающее извне (например, от нагретых поверх-
ностей оборудования и др.); QH3I. — теплоотдача излучением;
Оконв. — теплоотдача конвекцией; Оконд — теплоотдача кондук-
цией; Оиспдиф. — теплоотдача вследствие испарения диффузион-
ной влаги с поверхности кожи; дых, ОиСп.п> Одых. “ соответ-
ственно, теплоотдача вследствие испарения влаги с верхних ды-
хательных путей, испарение пота, нагревания вдыхаемого возду-
ха; ±AQTC ~ накопление или дефицит тепла в организме.
Эмпирическое уравнение теплового баланса, которое может
быть использовано для расчета комфортной температуры возду-
ха, имеет вид:
- 137 -
-^x(l-n)-0,35x(l,92ts -25,3-PJ-^--0,0023x-^-x (44-PA)- :
-^U Adu ;
_ 0,0023-^x (44-P )-0,0014 x-^-x (34-r)—= j
4. a 4. o,i8x/d
= 3,4x10-"x/rfx[(/rf +273)4 +273)4]-/c/xhx(tcl-ta) , (8.3);
где: Adu — площадь поверхности тела человека; п — коэффици-
ент полезной деятельности работы мышц; ts — средневзвешен-
ная температура кожи; Ра — парциальное давление водяных па-
ров в окружающем воздухе; Е,.к — теплопотери вследствие испа-
рения пота; 1с1 — термическое сопротивление одежды человека
от кожи до наружной поверхности одежды; fcl — отношение пло-.
щади поверхности одетого человека к площади поверхности того
же, но обнаженного, человека; ta — температура воздуха; tmZ)t —
средняя радиационная температура*; hc ~ коэффициент конвек-
тивного переноса тепла; tci — средняя температура наружной по-
верхности одетого человека.
Рис. 8.1. Тепловой баланс человека на территории застройки (услов-
ные обозначения см. в тексте)
* Здесь и далее под радиационной температурой понимается усредненная по
площади температура окружающих поверхностей — фасадов зданий, элементов
рельефа, небосвода (по температуре воздуха) и т.д.
- 138 -
Термостабильность состояния организма, обеспечиваемая ра-
венством теплопродукции и суммарной теплоотдачей, не явля-
ется единственным условием теплового комфорта человека.
Должны быть соблюдены и другие условия, касающиеся регла-
ментации доли теплоотдачи за счет испарения влаги с поверх-
ности кожи (не более 30%), уровня средневзвешенной темпера-
туры кожи и температуры кожи на отдельных участках поверх-
ности тела.
Основными физиологическими критериями для оценки и
обоснования гигиенических нормативов микроклимата жилищ и
территории городской застройки с учетом установленного фи-
зиологами факта различной настройки механизмов терморегуля-
ции человека в разных климатических зонах служат реакции
терморегуляторного характера, являющиеся высокоинтегриро-
ванной функцией организма человека.
Опыт медиков-гигиенистов по нормированию условий среды
показал целесообразность использования для гигиенической
оценки, помимо данных термометрии, состояния сердечно-сосу-
дистых реакций, мышечного тонуса, потоотделительной реакции,
газообмена и т.д. с одновременной регистрацией словесного от-
чета, характеризующего взаимодействие первой и второй сиг-
нальных систем при изменении метеорологических условий.
При массовом гигиеническом исследовании теплового комфорта
взрослого населения с учетом возрастных, половых, профессио-
нальных и других различий данные опроса могут рассматривать-
ся как один из ценных гигиенических методов.
В определение комфорта как условие входит приятное теп-
лоощущение человека, поскольку роль субъективной оценки
микроклимата велика. Однако считать ее достаточной для суж-
дения о степени комфорта было бы неправильно даже в отно-
шении взрослых людей, а у детей раннего возраста словесный
отчет о теплоощущениях вообще невозможен. Поэтому при оп-
ределении теплового комфорта должны учитываться как субъек-
тивные, так и объективные показатели теплового состояния. С
этих позиций под определением понятия комфорта следует по-
нимать те сочетания значений климатических параметров среды,
под воздействием которых при субъективно хорошем теплоощу-
щении тепловое равновесие организма обеспечивается без на-
пряжения терморегуляторного аппарата, а физиологические
сдвиги не выходят за пределы колебаний, обычных у людей дан-
ного коллектива. При таких условиях «протекание всех осталь-
ных физиологических функций происходит на уровне, наибо-
лее благоприятном для отдыха и восстановления сил организ-
- 139 -
ма после предшествовавшей рабочей нагрузки». Таким образом,
под термином тепловой комфорт понимаются климатические
условия, обеспечивающие оптимальный уровень физиологичес-
ких функций, в том числе и терморегуляторных. Именно кли-
матические параметры теплового комфорта служат гигиеничес-
кой нормой. В климатических условиях, которые принято счи-
тать «нормальными», допускается, что около 10% (от 8 до 13%)
взрослых людей будут ощущать ту или иную степень диском-
форта. Это объясняется индивидуальными различиями в уров-
нях обмена, качестве сосудистых реакций, толщине подкожно- :
жирового слоя и т.д.
Для детей нормальными, комфортными могут быть призна-
ны лишь такие климатические условия, при которых детский
организм находится в состоянии теплового равновесия без рез-
кого напряжения терморегуляторных механизмов. Это означает,
что небольшое напряжение терморегуляторных реакций следует
трактовать как оптимальное для ребенка состояние. У детей
очень велика индивидуальная вариабельность реакций на воз-
действие отдельных климатических факторов в условиях тепло- ..
вого комфорта. Поэтому даже в однородном коллективе темпе-
ратурная «норма», ограничиваемая одним—двумя градусами, 1
всегда будет вызывать у части детей определенную, не резко вы- .
раженную степень напряжения терморегуляции. Норма рассчи-
тана на «среднего» абстрактного ребенка и не может «удовлет-
ворить» всех детей. С другой стороны, определенное напряже-
ние системы терморегуляции даже полезно ребенку с точки зре-
ния тренировки аппарата терморегуляции, в первую очередь, его
физического компонента. Именно с этой целью врачи-гигиени- '
сты рекомендуют детям проведение систематических закалива-
ющих процедур при широком использовании динамического
микроклимата наружной среды.
Для того чтобы гигиенические нормы (например, темпера-
турные) могли служить основой для инженерно-технических ;
расчетов обеспечения теплового комфорта (теплоизоляции ог-
раждающих конструкций, отопления), они должны быть доста-
точно узкими. При нормировании температуры воздуха необ-
ходимо определять границы теплового комфорта, обеспечива-
ющего у подавляющего большинства людей физиологический
покой системы терморегуляции, а также допустимые, полезные ।
пределы их колебаний. Другими словами, повторим, зона теп-
лового комфорта должна быть узкой. Именно ее параметры бу- ;
дут служить собственно «нормой» и использоваться при теп- ’
- 140 - ]
лотехнических расчетах. Вторая зона, более широкая, должна
определить границы допустимых (возможных и целесообраз-
ных) колебаний метеорологических факторов на открытых го-
родских пространствах, где невозможно поддерживать микро-
климатические параметры в узком диапазоне. За пределами
этой второй зоны у человека будет наблюдаться такое напря-
жение аппарата терморегуляции, при котором через некоторое
время может возникнуть угроза здоровью.
Возрастная эволюция физиологических функций накладыва-
ет заметный отпечаток на характер теплообменных реакций. С
возрастом не только изменяются уровни теплообразования, а
следовательно, и теплоотдачи, но и механизм регуляции тепло-
обмена. Эта эволюция особенно ярко выражена в период роста
и развития организма, подчиняясь «энергетическому правилу
скелетных мышц». Однако она продолжается и в более поздние
периоды жизни, вновь возрастая к старости, что должно учиты-
ваться отдельно при нормировании микроклимата для детей и
престарелых.
У детей школьного и особенно дошкольного возраста по
сравнению со взрослыми людьми в сохранении теплового рав-
новесия большую роль играет химическая терморегуляция. По-
стоянство теплопродукции у 6—7-летних детей сохраняется в
узкой зоне температурных воздействий (от +15 до +26°С), у
старших школьников — при температуре от +12 до +26°Сj а у
взрослых людей — от +12 до +36°С. В то же время в условиях,
близких к комфорту, средние значения показателей, характери-
зующих тепловое состояние взрослых и детей разного возраста,
снижаются.
Нивелировка средних значений показателей теплообмена в
условиях комфорта объясняется резким увеличением вариабель-
ности их индивидуальных значений, перекрывающей возрастные
различия. Аналогичное увеличение амплитуды колебаний инди-
видуальных значений наблюдается и при анализе данных о теп-
лопродукции и терморегуляции. Эта закономерность, установ-
ленная впервые у детей, наблюдается и у взрослых людей. Она
определяется тем, что в благоприятных условиях среды более
четко проявляются особенности нервной регуляции организма и
сказываются такие факторы, влияющие на теплообмен, как ха-
рактер развития подкожно-жирового слоя, эндокринная деятель-
ность, связанная с полом. У детей эти индивидуальные разли-
чия возрастают в период интенсивного роста и нейрогормональ-
ной перестройки в подростковый период.
- 141 ~
Следует подчеркнуть значимость этого гигиенического нор-
мирования микроклимата. Если в условиях, близких к комфор-
ту возрастные различия нивелируются, нормативы микроклимат
та могут быть едиными для взрослых и детей, однако они должч
ны учитываться при установлении диапазона допустимых зна-
чений микроклиматических параметров, выходящих за границы
зоны теплового комфорта.
Длительное воздействие комплекса погодных условий, свето-
вого и ультрафиолетового режимов атмосферы, характерных для
каждого сезона года и климатических условий местности, созда-
ет особый стереотип реакций организма, связанный с адаптаци-
ей к определенным условиям среды обитания и акклиматизаци-
ей. Это новое состояние определяет различия в характере ответ-
ных реакций людей, постоянно проживающих в условиях холод-
ного, умеренного или жаркого климата, на одинаковые терми-
ческие воздействия среды, на одинаковую световую обстановку.
Изменяется стереотип реакций организма и под влиянием
циклических годовых изменений радиационного баланса Земли,
температуры и влажности воздуха — сезонности климата. С зим-
ним сезоном связано некоторое повышение интенсивности об-
мена веществ, усиление сосудистых реакций на охлаждение, бо-
лее быстрое наступление сдвигов при соответствующих услови-
ях окружающей среды. Для летних условий характерно некото-
рое снижение обмена, повышение кожной температуры, ускоре-
ние потоотделительной реакции. Эти ритмичные сезонные коле-
бания физиологических функций и сдвиги акклиматизационно-
го характера также должны учитываться при нормировании
микроклиматических факторов помещений и проектировании
территории жилой застройки и рекреационных зон городов.
Относительно широкая биологическая приспособляемость
человека к условиям окружающей среды исключает необходи-
мость установления узкого стандарта теплового комфорта для
всех людей и при всех условиях. Однако для определенной груп-
пы населения при соответствующих условиях покоя или актив-
ности такие стандарты можно установить, имея в виду задачи
гигиенического нормирования, рассчитанного на «среднего» че-
ловека. При разных климатических условиях в те или иные се-
зоны года уровень такого стандарта будет различен для мужчин
и женщин, особенно для стариков и детей и вообще для лиц с
ослабленной функцией терморегуляции.
Разная «настройка» всего терморегуляторного аппарата так-
же должна учитываться при разработке норм и стандартов теп-
- 142 -
довой комфортности в разных климатических районах. Напри-
мер, в холодном климате, характеризующемся большей суровос-
тью (продолжительным зимним периодом с низкими температу-
рами, доходящими до -45 ° С и ниже), организм человека часто
подвергается резкому воздействию низких температур даже при
кратковременном пребывании на открытом воздухе. В этих ус-
ловиях организм быстро и резко переохлаждается. Поддержание
теплового равновесия требует значительного напряжения термо-
регуляторных механизмов.
Для быстрой нормализации теплового состояния в условиях
жилища требуется более высокая температура помещения. В
теплых и особенно в жарких климатических районах зимой
организм человека не испытывает столь резкого охлаждения на
открытом воздухе. Вместе с тем здесь большое значение имеет
постоянное воздействие лучистой энергии, являющейся мощным
тепловым фактором, значительно ослабляющим холодовое раз-
личие организма. В соответствии с этим и требования организ-
ма к температуре воздуха в помещении зимой в этих районах
значительно выше.
В тех или иных конкретных условиях среды велико значе-
ние «настройки» организма, выработанной в процессе индиви-
дуального развития и его приспособления к местным условиям.
В южных широтах более низкие температуры среды оказывают-
ся в зоне теплового комфорта, тогда как на севере эта зона, на-
оборот, передвигается в область высоких температур в связи с
различной «калибровкой» центров терморегуляции.
Замедление в восстановлении температуры на открытых и,
особенно, на закрытых частях тела, где сосудистая реакция от-
личается от сосудистой реакции открытых участков кожи, явля-
ется причиной длительного ощущения зябкости после охлажде-
ния. При более высокой температуре в помещении на севере
восстановление температур на открытых и закрытых частях тела
после охлаждения происходит гораздо быстрее, чем и обуслав-
ливает лучшее самочувствие человека. Предпочтение на севере
более высокой температуры в жилище соответствует потребно-
стям организма и является отражением физиологических зако-
номерностей восстановления кожной температуры после охлаж-
дения. Более высокая температура в жилищах районов с холод-
ным климатом, где население часто подвергается длительному
воздействию интенсивных холодовых раздражений, является ра-
циональной с гигиенической точки зрения и имеет достаточное
физиологическое обоснование.
- 143 -
8.5. Гигиеническое нормирование микроклимата
Рассматривая тепловое состояние организма как уровень
функционирования его физиологических систем, состояния'
гипо- и гипертермии, а также тепловой комфорт, можно оцени;'
вать как различные степени напряжения механизмов терморегу-.
ляции. В задачу нормирования показателей микроклимата вхо-
дит обеспечение теплового состояния организма, при котором1
напряжение механизмов терморегуляции не оказывает неблаго-,
приятного влияния на самочувствие человека, его работоспособ-
ность и здоровье. Это тепловое состояние должно достигаться
архитектурно-градостроительными методами на территории жи-
лой застройки, связанной с длительным пребыванием и отдыхом
населения, а также на озелененных территориях города, предназ-
каченных для рекреации населения.
Гигиенические требования и нормы в области микроклимата
должны быть направлены не только на охрану здоровья людей
от неблагоприятных метеорологических факторов и профилак-
тику заболеваний, но и на создание оптимальных условий для
отдыха и восстановления творческих сил человека. Многообра-
зие климатических условий в Российской Федерации исключа-
ет возможность установления единых нормативов для всей тер-
ритории страны и требует их дифференцирования применитель-
но к отдельным климатическим районам. Тем не менее принци-
пы этого нормирования должны быть одинаковыми.
Критерием для нормирования оптимальных и допустимых
параметров микроклимата является тепловое состояние челове-
ка, которое оценивается по следующим наиболее информатив-
ным физиологическим показателям:
1) температура поверхности тела;
2) топография значений температуры кожи на различных
участках тела;
3) градиент температур кожи на туловище и конечностях;
4) величина влагопотерь испарением;
5) теплоощущение.
В качестве дополнительных критериев целесообразно ис-
пользовать (табл. 8.1):
— динамику изменений теплоотдачи излучением и конвек-
цией;
— показатели, характеризующие состояние центральной и
вегетативной нервной систем;
— исследование лабильности терморегуляторной системы;
— уровень энергозатрат и дефицита тепла.
- 144 ~
В целом гигиеническое нормирование тепловых факторов
должно обеспечивать соблюдение трех основных принципов —
комплексность, дифференцированность и гарантированность.
Принцип гарантированности означает, что нормируемые па-
раметры микроклимата должны гарантировать сохранение здо-
ровья и работоспособности даже человеку с пониженной пере-
носимостью колебаний факторов окружающей среды.
Таблица 8.1. Критериальные параметры теплового состояния
человека [20]
Показатель теплового состояния Значение, величина
Температура кожи, “С лба туловища тыла стопы 32,0-34,0 31,5-34,5 28,0-32,0
Перепад температур, грудь—стопа, °C 2,0-6,6
Температура тела, °C 36,7
[ Теплоотдача Плотность суммарного лучисто-конвективного теплового потока, Вт/м2, с поверхности: лба туловища кисти стопы 81,0-105,0 20,0-41,0 38,0-68,0 38,0-44,0
Плотность лучистого теплового потока с корпуса, Вт/м2 35,0—53,0
Влагопотери, г/м2 хч 13,0-25,0
Латентный период рефлекторных реакций, мс 600,0-800,0
Вариабельность индивидуальных показателей температуры кожи (разница колебаний), °C: кисти, стопы лба, туловища 5-8 2-4
Тепловое ощущение по семибальной шкале, % комфорт для 75—85% людей, находящихся в помещении
Дефицит тепла, ккал: комфорт прохладно холодно до 30,0 5О,О±2О,.О 110,0+40,0
Энергозатраты, Вт/м2: покой (лежа) покой (стоя) умственный труд 40,6 69,7 93,0
- 145 -
По степени влияния на самочувствие человека, его работо-
способность микроклиматические условия подразделяются на
оптимальные, допустимые, вредные и опасные. Критериальные
показатели теплового состояния человека, соответствующие пре-
делу переносимости внешней термической нагрузки, зависят от •
степени адаптации, скорости охлаждения или перегревания, теп- ,
ловой устойчивости организма, возраста, пола и т.д.
Оптимальные микроклиматические условия характеризуют-
ся такими параметрами показателей микроклимата, которые при
их совместном воздействии на человека обеспечивают сохране-
ние комфортного теплового состояния организма. В этих усло-
виях напряжение терморегуляции минимально, общие и/или
локальные дискомфортные теплоощущения отсутствуют, что яв-
ляется предпосылкой сохранения высокой работоспособности. В
оптимальном микроклимате обеспечивается оптимальное тепло-
вое состояние организма человека.
Допустимые микроклиматические условия характеризуются
такими параметрами показателей микроклимата, которые при их
совместном воздействии на человека могут вызывать такое из-
менение теплового состояния, при котором наблюдается умерен-
ное напряжение механизмов терморегуляции. При этом может
возникать незначительный дискомфорт — общий и/или по ло-
кальным теплоощущениям. При этом сохраняется относительная
термостабильность, может иметь место временное снижение ра-
ботоспособности, но не нарушается здоровье. Допустимы такие
параметры микроклимата, при которых тепловое состояние орга-
низма можно признать допустимым в плане комфортности.
Вредные микроклиматические условия — параметры микро-
климата, которые при их совместном действии на человека вы-
зывают изменения теплового состояния организма: выраженные
общие и/или локальные дискомфортные теплоощущения, значи-
тельное напряжение механизмов терморегуляции, снижение ра-
ботоспособности. При этом не гарантируются термостабильность
организма человека и сохранение его здоровья. Степень вредно-
сти микроклимата определяется как величинами его составляю-
щих, так и продолжительностью их воздействия.
Экстремальные (опасные) микроклиматические условия —
параметры микроклимата, которые при их воздействии на чело-
века даже в течение непродолжительного времени (менее 1 ч)
вызывают изменение теплового состояния, характеризующееся
чрезмерным напряжением механизмов терморегуляции, что мо-
жет привести к нарушению состояния здоровья и возникнове-
нию риска смерти. Более подробная информация о такого рода
- 146 —
условиях содержится в главе 10 «Комплексные биоклиматиче-
ские показатели». Кроме того к экстремальным показателям
можно отнести воздействие шквалистого ветра (см. Главу 13}.
Поскольку теплообмен человека в плане физиолого-гигиени-
ческого нормирования микроклимата определяется комплексом
параметров, задача нормирования и его сложность заключаются
в выборе адекватного информативного интегрального показате-
ля в определении нижних и верхних границ каждой составляю-
щей микроклимата. В настоящее время предложены свыше 60
методов суммарной оценки показателей микроклимата и более
100 комплексных биоклиматических показателей, в основу ко-
торых положен расчет теплообмена человека с окружающей сре-
дой. Некоторые методы уже в течение многих лет широко ис-
пользуются зарубежными и отечественными исследователями.
Из зарубежной практики нормирования микроклиматиче-
ских показателей наибольший интерес представляет стандарт
ISO 7730/1994Е, название которого можно перевести как «До-
пустимые тепловые условия. Метод расчета индексов PMV и
PPD и определение условий теплового комфорта» [115].
Достоинство этого стандарта, на наш взгляд, состоит в том,
что его первая редакция (1983 г.) была разработана для условий
внутренней среды зданий, учитывала сравнительно широкий
комплекс микроклиматических показателей и имела достаточно
убедительное гигиеническое обоснование. Во второй редакции
этого стандарта (1993 г.) его применение было расширено до от-
крытых городских пространств за счет увеличения диапазона
значений микроклиматических параметров и видов физической
активности. При этом был сохранен ранее разработанный и хо-
рошо себя зарекомендовавший общий гигиенический подход к
нормированию теплового состояния человека.
В стандарте ISO 7730/1994Е изложен метод оценки «умерен-
ных» и «комфортных» температурных условий, базирующийся на
необходимости обеспечения теплового баланса человека с учетом
комплекса факторов, его обуславливающих — температуры, влаж-
ности воздуха, скорости его движения, средней радиационной
температуры, одежды, физической активности (рис. 8.2). Резуль-
татом оценки микроклиматических условий является предсказа-
ние теплоощущений человека — индекс «predicted mean vote
(PMV)» и уровня его дискомфорта. — показатель «predicted
percentage of dissatisfied (PPD)». Индекс PMV означает, что при
определенном сочетании метеоэлементов большинство людей (бо-
лее 70%) даст следующий ответ о своих теплоощущениях: +3 —
слишком тепло; +2 — тепло; +1 — слегка тепло; 0 — нейтрально;
- 147 -
-1 — слегка прохладно; -2 — прохладно; -3 — холодно. Индекс
PPD по своей сути противоположен индексу PMV и характери-1
зует число лиц (%), неудовлетворенных температурными уело-
ВИЯМИ. |
Индекс PMV рекомендуется считать допустимым на откры-1
тых пространствах застройки при значениях от -2 до +2 в еле-
дующих условиях: i
температура воздуха, tB, °C.................... от 10 до 30 ;
средняя радиационная температура, tp, °C...... от 10 до 40 ' j
скорость движения воздуха, Ув, м/с............. от 0 до 1,0 J
энергозатраты (метаболизм), QM, Вт/м2.......... от 46 до 232* •
термическое сопротивление одежды, Кло**....... от 0 до 2 J
относительная влажность, %..................... от 30 до 70
Рис. 82. Условия комфортности в зависимости от средней радиацион-
ной температуры, степени одетости и физической активности [115]
Примечание: штриховкой показаны области комфорта в пределах ука-
занного диапазона температур. Степень комфорта при этом составляет
±0,5 PMV. Относительная скорость ветра принята равной 0 при m < 1
Мет и v = 0,3 (т-1) для т > 1 Мет. Относительная влажность — 50%.
Несмотря на достоинства описанного выше метода инте-
гральной оценки целого комплекса показателей, обуславливаю-
щих теплообмен, следует все же подчеркнуть относительность
такой оценки «комфортности», которая базируется лишь на
обеспечении теплового баланса организма и поддержании сред-
* От 0,8 met до 4 met.
** 1 Кло = 0,155'Схм2/Вт.
- 148 -
невзвешенной температуры кожи, субъективно оцениваемой как
тепловой комфорт. Так, из аналитического выражения индекса
PMV следует, что при скорости ветра 1,5 м/с температура воз-
духа, равная 4-30°С, при определенной средней радиационной
температуре (0°С) может обеспечить тепловой комфорт.
Не обсуждая возникающий в этом случае вопрос о возмож-
ном неблагоприятном влиянии холодных окружающих поверх-
ностей на организм человека, следует отметить, что имеющие-
ся в литературе данные не позволяют положительно оценить
такую высокую скорость ветра. При значениях скорости ветра
более 0,5 м/с хотя и улучшается тепловое состояние организма
при повышенных температурах, но оптимальный уровень функ-
ционирования различных систем организма не обеспечивается.
При скорости ветра 0,5 м/с человек обычно начинает испыты-
вать дискомфортные ощущения в области глаз и верхних дыха-
тельных путей (отмечается сухость слизистых оболочек, резь в
глазах, слезотечение, затруднение носового дыхания). Выявлены
большие индивидуальные различия в восприятии скорости воз-
душного потока. Это означает, что требования к оптимальному
(допустимому) микроклимату должны ограничивать верхнюю
границу подвижности воздуха, что также важно и с позиций
предупреждения загрязнения воздушной среды за счет «взметы-
вания» пыли (дефляции).
Сказанное выше, а также анализ других ситуаций, позволя-
ют отметить, что компенсация воздействия одного из компонен-
тов микроклимата другим может быть осуществлена лишь в из-
вестных пределах, так как сохранение теплового баланса и обес-
печение теплового комфорта человека не являются единствен-
ным требованием и единственным критерием оценки микрокли-
матических условий. Например, тепловой комфорт в холодный
период года мог бы быть обеспечен путем увеличения термичес-
кого сопротивления одежды. Однако такой микроклимат вряд
ли можно охарактеризовать как оптимальный: увеличение в
этом случае термического сопротивления одежды может стать
причиной наступления более раннего утомления человека и сни-
жения его работоспособности (увеличиваются затраты энергии
на выполнение одной и той же работы из-за большего веса спе-
цодежды и ограничения движений). Таким образом, задача нор-
мирования микроклимата заключается также в определении гра-
ниц каждого из его параметров и регламентации других факто-
ров, обуславливающих теплообмен человека с окружающей сре-
дой и его тепловое состояние. Это касается и таких параметров
микроклимата как влажность воздуха и тепловое излучение.
- 149 -
Выдвинутая еще в 1934 году В.А. Левицким [20] концепция о
качественных различиях действия конвективного и лучистого теп-
ла получила подтверждение в последующих работах различных ав- J
торов. Обнаруженная относительная субъективная нечувствитель- ?
ность человека к лучистому теплу и отрицательной радиации име-
ет важное значение с точки зрения нормирования и оценки этого
параметра, а также использования теплового излучения в целях .
профилактики охлаждения и перегревания человека.
Впервые вопрос о физиологических механизмах этого явле-
ния был поставлен в лаборатории О.П. Минут-Сорохтиной. На
основании проведенных исследований показано, что имеет мёс- •;
то слабая реакция терморецепторов кожи на радиационный на-
грев и охлаждение, что, возможно, связано с трансформацией
теплового излучения в более глубоких слоях кожи, в которых
плотность терморецепторов существенно ниже, чем на ее поверх-
ности [27]. Однако этот факт затрудняет оценку и нормирова-
ние радиационного теплообмена на основании субъективной
оценки теплового состояния организма и ставит во главу угла
его объективные показатели, особенно такие как средняя темпе-
ратура тела и изменение теплосодержания.
Экспериментальные данные свидетельствуют о возможном
изменении биохимических показателей, выходящих за пределы
физиологических колебаний, о наличии деструкции молекул бел-
ка в тканях, накоплении продуктов перекисного окисления липи-
дов. Все это может способствовать формированию патологических
реакций, проявляющихся в нервно-психических расстройствах,
ишемической болезни сердца, поражении сосудов мозга.
Нормирование влажности воздуха обусловлено не только
влиянием этой влажности на теплообмен человека с окружаю-
щей средой, но и значимостью в обеспечении должного уровня
увлажнения кожи человека, слизистых оболочек глаз и верхних
дыхательных путей. Установление нижней границы влажности
диктуется и общегигиеническими задачами: «сухой» воздух спо-
собствует увеличению бактериальной и химической загрязнен-
ности среды (например, возрастают испарения и летучесть хи-
мических веществ).
Поэтому в отечественной практике при разработке норматив-
ных требований к микроклимату в рабочих и жилых помещени-
ях принимается комплексный подход, учитывающий следующие
предпосылки:
1) наличие одежды, имеющей термическое сопротивление
0,8—1,0 Кло применительно к холодному и 0,5—0,6 Кло — теп-
лому периоду года;
- 150 -
2) средняя продолжительность пребывания на воздухе 8 я;
3) в течение всего времени тепловое состояние человека
должно сохраняться на оптимальном и/или допустимом уровне;
4) составляющие микроклимата (температура, скорость дви-
жения воздуха, его влажность, тепловое излучение) не должны
оказывать неблагоприятного влияния на функциональное состо-
яние человека, его здоровье, а также ухудшать состояние воз-
душной среды;
5) допустимые и оптимальные параметры микроклимата ус-
танавливаются с учетом среднего уровня энергозатрат.
При этом скорость движения воздуха, соответствующая верх?
нему граничному значению, не должна вызывать жалоб на «ду-
тье», локальное охлаждение и др. Эта скорость не должна уве-
личивать загрязнение воздушной среды за счет дефляции.
Относительная влажность воздуха в диапазоне 40—60%, с
одной стороны, препятствует той степени увлажнения воздуха,
прилегающего к поверхности кожи, которая приводит к возник-
новению чувства «духоты», а с другой (нижняя граница) — не
приводит к возникновению сухости слизистых оболочек дыха-
тельных путей и увеличению бактериальной обсемененности
воздушной среды и ее химического загрязнения.
Параметры микроклимата нормируются и по высоте. Соблю-
дение этих норм обеспечивает условия равномерной теплоотда-
чи с поверхности тела человека, предупреждая локальное охлаж-
дение или перегревание. Чтобы исключить нарушения общего
теплового баланса организма перепады температуры воздуха по
высоте не должны выходить за пределы оптимальных, а подвиж-
ность воздуха на любой высоте (в пределах 2 м) — превышать
максимальные значения оптимальных величин.
Наибольшей чувствительностью к подвижности воздуха об-
ладает задняя поверхность шеи, затылочная область и область
лодыжек. В связи с этим при контроле подвижности воздуха
следует обращать внимание на преимущественную локализацию
его воздействия.
8.6. Микроклиматическая норма, комфорт и дискомфорт
«Микроклиматическая норма» должна обеспечивать опти-
мальное тепловое состояние организма, которое характеризует-
ся незначительным напряжением функциональных систем. В то
же время гигиеническое нормирование не может быть ограниче-
но установлением только «оптимальных» «нормальных» пара-
метров отдельных факторов. Одновременно должны быть опре-
- 151 -
делены «допустимые» границы их колебаний. Эти границы ус- ;
танавливаются в зависимости от характера деятельности на от-
крытом пространстве и уровня физической нагрузки, характер- ?
ной для этой деятельности. Такое положение правомерно в от- j
ношении любых параметров внешней среды. Так, значения до- »
пустимых пределов колебаний температуры, влажности и под-
вижности воздуха позволяют грамотно подбирать одежду чело-
века, возможную длительность пребывания его в неблагоприят-
ных условиях помещений и на открытом воздухе, применение
специальных санитарно-технических систем в жилых и обще- . :
ственных зданиях. >
Методические подходы и критерии нормирования теплового
состояния человека, определяющие «оптимальные уровни» и
«допустимые пределы колебаний» факторов внешней среды, раз-
личны. Однако не только «оптимальные», но и «допустимые»
параметры должны обеспечивать состояние организма, далекое
от патологии, которое определяется в зоне «существенных, но
обратимых физиологических изменений». Различие в состоянии
организма при воздействии тех или иных параметров («опти-
мальных» или «допустимых») заключается лишь в способах со- .
хранения температурного гомеостаза, т.е. в степени напряжения
функциональных систем.
Любая гигиеническая «норма» не может быть абстрактной.
Она всегда рассчитана на определенный конкретный коллектив, .
поэтому возраст людей, вид их деятельности, степень трениро-
ванности, уровень адаптации к конкретным условиям среды не
могут не учитываться при установлении гигиенических норма-
тивов. Оптимальные параметры ряда естественных факторов
внешней среды (например, температуры, влажности, подвижно-
сти воздуха, уровней видимой, инфракрасной и ультрафиолето-
вой радиаций) не нуждаются в возрастной дифференциации, а
допустимые пределы их колебаний тем меньше, ближе к «соб-
ственно норме», чем, например, младше ребенок. Расширение
границ допустимых пределов колебаний естественных факторов
внешней среды происходит под влиянием двух взаимообуслов-
ленных причин возрастного созревания функциональных систем ..
и их тренировки, расширяющей условно-рефлекторные связи
организма с внешней средой и увеличивающей адаптационные
возможности организма.
Для разных сезонов года характерны различные варианты
наружных метеорологических условий. В табл. 8.2 приведены
средние величины температуры воздуха и теплоощущения у ис-
пытуемых в весенний, летний и осенний периоды года.
- 152 -
Таблица 8.2. Температура наружного воздуха и теплоощущения
испытуемых в различные сезоны года
Показатели Весна Лето Осень
Температура наружного воздуха Теплоощущения (в баллах) 13,5+1 2,67+0,15 28+0,1 3,93±0,12 14,5±0,9 1,95±0,17
Отечественными исследованиями разработаны конкретные
нормативные рекомендации по определению микроклиматиче-
ской комфортности окружающей среды для различных сезонов.
Дискомфортность среды в холодный период года зависит, в
основном, от сочетаний температур воздуха и скорости его дви-
жения. Неблагоприятные сочетания отрицательных температур
и скоростей ветра, по данным разных авторов, приведены в
табл. 8.3. За исходную скорость, при которой требуется ветро-
защита, может быть принята величина, равная 5 м/сек.
Таблица 8.3. Дискомфортные сочетания отрицательных темпе-
ратур воздуха и скорости ветра по данным разных авторов
Авторы Район (город) Неблагоприятные сочетания
температура воздуха, 'С скорость ветра, м/ сек
И.С. Кандрор Для территории бывшего СССР -25 -10 -5 0 2,1 и более 4,1 и более
Г.И. Муравьева, И.С. Кирьянова Не указан, но веро- ятнее всего —терри- тория всего бывшего СССР -10 - -15 0 - -10 4,0 и более 5,0 и более
Г.А. Антропов, Л.Ф. Тулякова, Ф.П. Федяев Для Среднего Приобья -29 -27 -22 -14 -10 -9 -7 0 0,5 и более 1,0 и более 2,0 и более 3,0 и более 3,5 и более 4,5 и более
В. А. Пулькис Для Сибири -22 и ниже -7 и ниже 2,0 и более 5,0 и более
И.А. Ицкова, А. А. Добринский, В.М. Пивкин Для территории с континентальным климатом 0 и ниже -25 -20 -15 -10 5,0 и более 0,0 1,0 и более 2,0 и более 3,0 и более
- 153 ~
В результате оценки температурно-ветрового режима холодно-1
го периода года проектировщиками должна быть установлена дис-1
комфортность условий, факторы, ее определяющие, и потребность!
в градостроительных, архитектурно-строительных и инженерно- ^
технических мероприятиях и средствах мелиорирования микро-
климата среды, в нейтрализации и компенсации неблагоприятных
воздействий, исходя из конкретных локальных условий.
В целом для условий выполнения легкой работы на откры-
том воздухе зимой при скоростях ветра 3—3,5 м/с и температу-
рах воздуха от -5е и ниже отмечаются холодные (класс 2х) и
очень холодные погоды (класс Зх). При скоростях 5 м/с и более!
при любой отрицательной температуре — очень холодные пого-
ды (класс Зх). Таким образом, комплексные физиолого-гигиени-
ческие и микроклиматические натурные исследования позволи-
ли установить неблагоприятные сочетания метеорологических
элементов в холодный период года:
а) - 10°С и 3 м/с и более,
б) -15°С и 2 м/с и более,
в) -20°С и 1 м/с и более,
г) -25 ° С и ниже.
При любых температурах предельно допустимой является
скорость ветра 5—6 м/с на уровне человека.
Дискомфортностъ в теплый период регламентируется со-
четаниями температуры воздуха, его влажности и скорости дви-
жения, а также солнечной радиации. Летом при скорости ветра
1,5 м/с и менее, температуре воздуха +25°С и суммарной радиа-
ции 0,8 кал/(см2хмин) и более отмечается перегрев организма
человека, нормально одетого и находящегося на придомовой тер-
ритории городской застройки (при теплопродукции тела, соот-
ветствующей легкой физической работе), при +23°С и той же
радиации —.умеренный дискомфорт, а при +20°С и радиации
0,8—1,0 кал/(см2хмин) и более, как уже упоминалось, наблюда-
ются первые незначительные признаки дискомфортное™.
Судя по абсолютным максимальным температурам, равным
в Москве +20°С и выше, перегревные условия могут иметь мес-
то в течение 5—7 месяцев (май—сентябрь, апрель—октябрь),
хотя и не каждый год.
Учитывая, что перегрев отмечается при температуре возду-
ха +23°С, его относительной влажности более 20%, скорости
ветра 1,5 м/с и более и интенсивной солнечной радиации 0,8—
1,0 кал/(см2хмин) и более, следует считать, что при повторяе-
мости неблагоприятных условий за три самых теплых месяца в
первом случае до 20% мероприятий по мелиорированию микро-
- 754 _
климата не требуются, в 20—30% они желательны, а в 30% и бо-
лее — обязательны.
В летнее время большое значение для теплового состояния
человека имеет степень облачности, регулирующей потоки пря-
мой и рассеянной солнечной радиации (табл. 8.4}.
Таблица 8.4. Комфортные соотношения между температурой
воздуха, общей облачностью и скоростью ветра для лета [16]
Скорость ветра, м/с Общая облачность (в баллах) Температура воздуха, °C
0,0-0,2 0-3 +12,0-23,9
4-7 +15,0-23,9
8-10 +18,0-26,9
2,1-4,0 0-3 +15,0-23,9
4-7 +18,0-23,9
8-10 +18,0-26,9
4,1-6,0 0-3 +18,0-23,9
4-7 +21,0-26,9
8-10 +24,0-29,9
В теплое время года при перегреве большую роль играет так-
же ветер как охлаждающий и аэрационный фактор. Для нор-
мального ветроохлаждения в застройке летом требуется ветро-
вой поток небольших скоростей (до 2 м/с на уровне человека),
а скорость ветра, равная 2 м/с, достаточна также и с точки зре-
ния аэрации территории. Однако, как отмечалось выше, для со-
здания физиологической комфортности при любых температу-
рах предельно допустимой является скорость ветра 5—6 м/с на
уровне человека.
8.7. Гигиеническая классификация
микроклиматических условий
Классификации тепловых состояний человека в различных
микроклиматических условиях и критерии их оценки предлага-
лись разными авторами. В основном, они построены по единому
принципу, в основе которого лежит анализ степени напряжения
терморегуляции. По классификации И.С. Кандрора, Д.М. Деми-
ной и Е.М. Ратнера [63] выделяются 9 градаций теплового со-
стояния взрослого человека, выполняющего легкую работу на
открытом воздухе при различных сочетаниях метеоэлементов.
В.И. Кричагин для условий мышечного покоя выделял 7 степе-
ней напряжения терморегуляции [35]. Анализ результатов опуб-
- 155 -
------------------------------------ 1
5
линованных исследований [17] позволяет дать достаточно чет-J
кую характеристику тепловых состояний человека и определить';
значимость отдельных микроклиматических показателей. j
Незначительное напряжение терморегуляции (тепловой!
комфорт) у взрослых и детей характеризуется небольшими пе- ,
риодическими колебаниями температуры кожи при относитель-.
ном постоянстве теплопродукции и активности дегидрогеназ '
лимфоцитов крови, отсутствии активной деятельности потовых i
желез и благоприятном тепловом самочувствии. Это состояние 1
обеспечивает нормальное соотношение процессов возбуждения и 1
торможения в коре головного мозга, а следовательно, и макси-
мальную скорость и точность реакций (в частности, кожно-со- J
судистых), оптимальный уровень всех остальных физиологиче- j
ских функций и высокую работоспособность. Температура кожи |
туловища у отдельных людей разного возраста колеблется от •]
+33 до +35°С, превышая ее значение на стопе на 2—6°С; удель- «
ный вес теплоотдачи испарением составляет 20—30% от общих
теплопотерь.
В комфортных условиях теплопродукция и условия ее отво-
да в окружающую среду при данном виде деятельности одно-
значно формируют температуру «ядра» (1'.я) и поверхности кожи
(tK) (за температуру кожи принимается «средневзвешенная» .
температура). Отсюда появляется возможность определения ус-
ловного термического сопротивления тела (qT):
RT = (t„ - tK)/qT. (8.4)
В физиологическом смысле величина RT характеризует сте-
пень расширения или сжатия кровеносных сосудов и может слу-
жить одним из физиологических показателей напряжения си-
стемы терморегуляции. При определенных малых значениях
RTmin (наибольшее расширение сосудов) начинается интенсивное
потоотделение, а при определенных больших значениях RTmax
(сжатие сосудов) может появиться опасность простуды. Эти зна-
чения RT зависят от категории тяжести труда, уменьшаясь при
возрастании теплопродукции.
Умеренное напряжение терморегуляции характеризуется
постоянством теплопродуктивности и нормальным соотношени-
ем процессов возбуждения и торможения в коре головного моз-
га. Это состояние еще достаточно устойчиво, стационарно при
сохранении постоянного количества тепла или его увеличении в
тканях конечностей, температура которых может изменяться в
пределах, значительно превышающих физиологические периоди-
ческие колебания. Снижается при этом и лабильность кожно-
- 156 -
сосудистых реакций. Длительное пребывание в условиях, обес-
печивающих это состояние, может вызывать уменьшение рабо-
тоспособности на 10—20%.
Умеренное напряжение терморегуляции в условиях незначи-
тельного охлаждения характеризуется снижением температуры
кожи на конечностях при сохранении ее постоянства на груди,
что повышает температурный градиент, а также увеличением
плотности теплового потока с открытых поверхностей тела, ла-
тентным периодом реакций на тепловое воздействие, длительно-
стью восстановительного периода кожно-сосудистых реакций
после локального охлаждения и активностью сукцинатдегидро-
геназы (СДГ) лимфоцитов крови при теплоощущении «ком-
форт» и «прохладно».
Умеренное напряжение терморегуляции в условиях нагрева-
ющего микроклимата характеризуется повышением температуры
тела конечностей и активности СДГ, уменьшением плотности
теплового потока с открытых поверхностей тела, активацией по-
товых желез. Теплоотдача испарением при этом может состав-
лять 40—50% от общих теплопотерь, время реакции на контакт-
ное тепловое воздействие уменьшается, и люди оценивают свое
тепловое самочувствие как «комфорт» и «тепло».
Сильное и резкое напряжение терморегуляции (диском-
форт) характеризуется участием химической терморегуляции в
сохранении теплового баланса. В условиях охлаждения теплопро-
дукция повышается одновременно с активностью обеих дегидро-
геназ лимфоцитов; связанное с этим увеличение количества теп-
ла в организме вначале (сильное напряжение) увеличивает сум-
марную теплоотдачу излучением и конвекцией (плотность тепло-
вого потока может возрастать), температура кожи туловища по-
вышается, а затем, при более сильном охлаждении, падает; тепло-
отдача вследствие спазма сосудов, особенно конечностей, снижа-
ется (резкое напряжение терморегуляции). Это последнее состоя-
ние неустойчиво, так как, в зависимости от степени охлаждения,
может произойти нарушение теплового равновесия, при котором
понижается и температура тела — «ядра» (чрезмерное напряже-
ние). Любая степень дискомфорта в условиях охлаждения харак-
теризуется брадикардией и развитием процессов торможения в
коре головного мозга, вызывающих снижение работоспособности.
Теплоощущение: «холодно» и «очень холодно».
Имея в виду изложенное выше, перейдем к оценке теплово-
го воздействия микроклиматических условий на организм че-
ловека. Микроклимат, по степени его влияния на тепловой ба-
ланс человека, подразделяется на: нейтральный, нагревающий
- 157 ~
Таблица 8.5. Физиологическая классификация тепловых состояний человека [26]
Физиологические показатели В условиях чрезмерной отдачи тепла во внешнюю среду (отрицательный тепловой баланс — X) В условиях теплового равновесия В условиях избыточного прихода тепла из внешней среды (положительный тепловой баланс — Т)
напряжение терморегуляторного аппарата (и его условное обозначение)
чрезмерное большое умеренное слабое минимальное слабое умеренное большое чрезмерное
Тип погоды*
4х Зх 2х 1х Н 1т 2т Зт 4т
Средневзвешенная температура, °C менее 23 23-27 27-29 29-31 31-33 33-34 выше 34 выше 34 выше 34
Температура внут- ренних частей тела, °C снижена возмож- но сни- жение норма норма норма норма норма возмож- но повы- шение повы- шение
Влагопотеря испа- рением пота, г/час менее 100 менее 100 менее 100 менее 100 100-150 150—250 250-400 400-750 более 750
Фактическая ра- ботоспособность резко снижена снижена норма норма норма норма норма снижена резко снижена
Патологическая реакция обморо- жение возмож- но обмо- рожение — — — возмож- ны обмо- рочные состояния тепловое истоще- ние
Преобладающее теплоощущение очень холодно холодно умеренно холодно прохлад- но комфортно умеренно тепло тепло жарко очень жарко
Классификацию типов погоды см. в Главе 11.
и охлаждающий. Зависимость физического состояния орга-
низма человека от термических условий окружающей среды
показана в табл. 8.5. По ней можно проследить температурный
режим внешней части человеческого тела. Он резко отличен от
такого же режима внутренних органов. И.С. Кандрор [26] вне-
шние части тела называет «тепловым шлюзом», где тепло мо-
жет сосредотачиваться или расходоваться без заметного изме-
нения температуры глубоких слоев тепла и без вреда для здо-
ровья.
При нейтральном микроклимате сочетание его составляю-
щих при воздействии на человека обеспечивает тепловой баланс
организма. При этом разность между величиной теплопродук-
ции QM и суммарной теплоотдачей находится в пределах
±2 Вт, а доля теплоотдачи испарением влаги не превышает 30%.
При этом 1/3 теплопотерь приходится на испарение с поверхно-
сти верхних дыхательных путей и 2/3 — с поверхности кожи.
Охлаждающий микроклимат — сочетание параметров, при
котором суммарная теплоотдача в окружающую среду пре-
вышает величину теплопродукции организма QM. Это приводит
к образованию общего и/или локального дефицита тепла в теле
человека (>2 Вт).
Хроническое охлаждение (в том числе локальное) вызывает,
прежде всего, «холодовые» нейроваскулиты, синдром Рейно, ан-
гиотрофоневрозы. Симптомами хронического поражения холо-
дом стоп и кистей являются снижение температуры кожи, нару-
шение тактильной чувствительности, увеличение показателей
чувствительности хронаксии и показателей влажности, трофи-
ческие расстройства. При капилляроскопии стоп обнаруживает-
ся начальная стадия облитерирующего эндоартерита. Переноси-
мость человеком охлаждения несколько возрастает при адапта-
ции к холодовому фактору, но для обеспечения температурного
гомеостаза это существенного значения не имеет.
Нагревающий микроклимат — сочетание параметров, при
котором имеет место изменение теплообмена человека с окру-
жающей средой, проявляющееся в накоплении тепла в организ-.
ме (>2 Вт) и/или увеличении доли потерь тепла испарением
влаги (>30%).
В условиях нагревающего микроклимата сильное напря-
жение терморегуляции характеризуется, особенно у детей, сни-
жением интенсивности теплопродукции, определяемой по газо-
обмену через легкие, выраженным потоотделением (теплоотдача
испарением превышает 50% от общих теплопотерь) при сниже-
нии плотности теплового потока. Температура «оболочки» при-
- 159 -
ближается к температуре «ядра». Однако частота сердечных со-
кращений еще не меняется. Состояние резкого напряжения терт,
морегуляции также не стационарно и может привести к наруше-
нию теплового баланса. i
Затруднение теплоотдачи, несмотря на интенсивное потоот-
деление, может приводить к накоплению тепла в организме, при
этом повышается интенсивность окислительных процессов (уве-
личение как активности дегидрогеназ, так и теплопродукции),
увеличивается частота сердечных сокращений, может повышать- ,
ся температура тела. Наблюдается ослабление внутреннего тор-
можения в коре головного мозга и снижение работоспособности.
Теплоощущение: «жарко» и «очень жарко».
8.8. Влияние микроклимата на самочувствие населения
Напряжение различных функциональных систем организма
человека при воздействии нагревающего микроклимата также
приводит к нарушению состояния организма, снижению рабо-
тоспособности и производительности труда. При определенном
значении составляющих нагревающий микроклимат может при-
вести к заболеванию общего характера, которое проявляется,
чаще всего, в виде теплового коллапса, который возникает вслед-
ствие расширения сосудов и снижения давления в них крови.
При этом температура тела не слишком высокая. Обморочному
состоянию предшествуют головная боль, чувство слабости, голо-
вокружение, тошнота. Кожа сначала краснеет, потом бледнеет и
покрывается «холодным» потом. Частота сердечных сокращений
увеличивается. Это состояние может быть быстро ликвидирова-
но отдыхом в прохладном месте.
Ниже {табл. 8.6) приводятся качественно-количественные
характеристики различных параметров температуры воздуха и
их воздействия на организм человека.
К тепловым поражениям, согласно «Международной класси-
фикации болезней, травм и причин смерти» [30], относятся сле-
дующие заболевания: тепловой и солнечный удар, тепловой об-
морок, тепловые судороги, тепловое истощение вследствие обез-
воживания, тепловое истощение вследствие уменьшения содер-
жания солей в организме, тепловое переутомление, тепловой
отек и др. Самое опасное для здоровья — тепловой удар. Даже
при раннем выявлении каждый пятый случай теплового удара
является смертельным. При общем тепловом застое значитель-
но повышается температура тела, что приводит к прямому по-
вреждению тканей, особенно в центральной нервной системе.
- 160 -
Таблица 8.6. Классификация воздействия температуры на организм человека [17]
Температура, °C Последствия Время пере- носимости Симптомы Характер теплового состояния Требования к одежде
110 ± 10 Ожоги Секунды, минуты Боли Катастрофическое (критическое тепловое состояние) Высокие теплоемкость, низ- кая теплопроводность и тем- пературопроводность
90+5 Тепловой удар (кол- лапс) Минуты Головокружение, тошнота, рвота, прекращение по- тоотделения Критическое тепловое. состояние Высокие теплоемкость и низ- кая теплопроводность и тем- пературопроводность
50±5 Недомога- ние Часы Усталость Предельное тепловое состояние (расширение сосудов, пот) Высокие теплоемкость и низ- кая теплопроводность и тем- пературопроводность, прони- цаемость для испарения
19+2 Комфорт Без огра- ничения Нет Оптимальное тепловое состояние Защита поверхности кожных покровов
-8±2 Недомога- ние Часы, дни Чувство холода Озноб Низкие теплоемкость, тепло- проводность
-50+5 Обмороже- ние Секунды, минуты Боли Предельное холодовое состояние Низкие теплоемкость, тепло- проводность
Тошнота и рвота предшествуют шоковой стадии с глубокой по- |
терей сознания, иногда сопровождающейся судорогами. Вслед- |
ствие расстройства центра терморегуляции снижается потообра-
зование. Кожа горячая, сухая, сначала имеет красный цвет, а по- .1
том приобретает серую окраску. Смертность тем выше, чем выше ,
температура тела. ]
В результате теплового или, как часто говорят, «солнечного» j
удара в первую очередь нарушаются функции головного мозга из- !
за местного перегревания незащищенной от солнца головы. Осо- j
бенно подвержены тепловым ударам лица, имеющие массу тела j
выше нормы. Существует линейная зависимость между ее превы- ]
шением и относительной вероятностью смерти от теплового удара, j
Наибольшая частота тепловых ударов наблюдается у людей в воз- |
расте 46 лет и старше, при этом относительно часто тепловые уда-
ры случаются с людьми и более молодого возраста (18—20 лет). ।
Чрезмерная тепловая нагрузка приводит к снижению количе- ;
ства влаги в организме. Уменьшение содержания влаги в теле че- j
ловека на 1—2% общего веса не приводит к каким-либо суще- j
ственным изменениям в организме (помимо возникновения чув-
ства жажды). С возрастанием обезвоживания увеличивается час- j
тота сердечных сокращений (ЧСС). Потеря влаги до 8% приво- \
дит к линейному увеличению ЧСС (на 1% потерь влаги — увели- \
чение ЧСС на 5, 6 ударов). С усилением обезвоживания организ- :
ма наступают такие явления как сонливость, не скоординирован-
ные движения и существенное снижение работоспособности. При :
дефиците влаги больше, чем на 10% массы тела, наступает потеря i
сознания, иногда состояние сильного возбуждения и смерть.
Нагревающий микроклимат является причиной болезней не- i
инфекционного происхождения. Возникающее в этих условиях ;
интенсивное потоотделение сопровождается потерями солей и
воды в организме. Увеличиваются количество тромбоцитов в
крови и ее вязкость, уровень холестерина в плазме крови, что ‘
повышает вероятность тромбозов в кровеносных сосудах (и, в j
частности, мозговых артериях). Наблюдаются заболевания сер- ?
дечно-сосудистой системы, связанные со значительным напря- j
жением гемодинамики и проявляющиеся в виде стойких мио- ;
кардиопатий, нейроциркуляторных дистоний по гипертониче- j
скому типу Напряжение в функциональном состоянии эндок- ]
ринной системы наблюдается и после окончания воздействия з
неблагоприятных микроклиматических условий. j
Среди болезней системы кровообращения, ставших причи- J
ной инвалидности, основное место занимают ишемическая бо- j
лезнь сердца (50%), гипертоническая болезнь (14,3%), хрониче- 1
- 162 -
ские ревматические болезни сердца (12,7%). При ишемической
болезни сердца при воздействии нагревающего климата в 5 раз
чаще встречается стенокардия напряжения. Продолжительная
гипертермия организма сопровождается нарушением обмена
электролитов в кардиомиоцитах с потерей К+ и существенными
изменениями ультраструктуры миокарда, что позволяет оцени-
вать нагревающий микроклимат как фактор, инициирующий
развитие миокардиодистрофии.
Существенное влияние на терморегуляцию организма и теп-
ловые ощущения человека оказывает движение воздуха. Отдача
продуцируемого организмом тепла происходит путем излучения,
проводимости окружающей среды и испарения. Излучение теп-
ла не зависит от движения воздуха, тогда как проводимость и
испарение сильно меняются в зависимости от скорости движе-
ния воздуха и его температуры. Помимо отдачи тепла при со-
прикосновении с более холодными предметами организм нагре-
вает прилегающий к поверхности тела слой воздуха, который,
становясь легче, начинает подниматься. На место поднявшегося
нагретого воздуха притекает холодный и т.д.
Движение воздуха облегчает кожное дыхание и оказывает
весьма существенное влияние на терморегуляцию организма.
Отдача продуцируемого организмом тепла происходит путем
излучения, проводимости окружающей среды и испарения. Из-
лучение тепла не зависит от движения воздуха, тогда как прово-
димость и испарение сильно меняются в зависимости от скоро-
сти движения воздуха и его температуры. Таким образом фор-
мируется микроциркуляционный механизм термической конвек-
ции вокруг организма человека, индуцированной метаболиче-
ским тепловыделением.
При штиле, когда отсутствует горизонтальное движение воз-
духа, тело человека окружается теплой и влажной воздушной
оболочкой, соответствующей температуре тела при высоком со-
держании влаги. При высокой внешней температуре эта теплая
и влажная оболочка препятствует теплоотдаче, так как обмен
воздуха происходит только путем вертикальных конвекционных
токов, т.е. путем поднятия в виде факела нагретого около тела
воздуха. При горизонтальном ветре теплоотдача организма об-
легчается, так как ветер не дает возможности накапливается на-
гретому воздуху, и поэтому с наветренной стороны тела нагре-
тая воздушная оболочка отсутствует. С подветренной стороны
тела и в особенности под прослойками одежды нагретый воздух
остается и обменивается медленнее. Движение воздуха при вы-
сокой температуре снижает ощущение тепла, а при низкой тем-
- 163 -
пературе усиливает восприятие холода, доводя его до болевых
ощущений. 1
Большое значение движение воздуха приобретает при незна-
чительной разнице между температурой поверхности тела и воз-'
духа в тех случаях, когда теплоизлучение и контактное теплоотч
ведение ограничено или когда теплопродукция усилена, напри-i
мер, при интенсивной мышечной работе. Чем выше температура*
воздушного потока, тем меньше он охлаждает. Если температур
ра воздушного потока приближается к температуре тела, то ох-
лаждающее действие прекращается и при дальнейшем повыше-:’
нии температуры воздушного потока начинается нагревание. Bi
этом случае движение нагретого воздуха приносит к организму'
добавочное тепло. Воздух с высоко!! температурой обычно име-
ет малую относительную влажность и может поглощать большое '
количество водяных паров, т.е. облегчать теплоотдачу путем ис-
парения. Таким образом, эффект действия на организм движе-,
ния сильно нагретого воздуха зависит от соотношения между его.
температурой и влажностью. 1
Движение воздуха усиливает испарение благодаря более бы- I
строму удалению ближайших к поверхности тела насыщенных I
влагой слоев воздуха и замене их воздухом меньшей влажности. *
При ветре усиливается обмен вдыхаемого и выдыхаемого возду-
ха, увеличивается образование углекислоты и поглощение кис- 1
лорода, а также усиливается испарение организмом влаги при =•
дыхании.
Общее действие наружного воздуха на организм человека за-
висит от проницаемости одежды. По данным Рубнера, летняя ..
одежда проницаема при скорости ветра в 0,28 м/сек. По Марша-
ку [47], понижение температуры кожи начинается уже при не-
ощутимых токах воздуха порядка 0,03 м/сек.
Давление ветра на поверхность тела увеличивается пропор- .
ционально квадрату скорости. Сильный ветер может препятство-
вать правильному дыханию, так как выдыхаемому воздуху необ-
ходимо преодолеть скорость встречного ветра. При известном
напряжении взрослый мужчина, чтобы преодолеть скорость
сильного урагана (до 55 м/сек), может выдыхать воздух со ско-
ростью до 100 м/сек. Эти цифры показывают, какую работу
должны выполнять дыхательные мышцы при встречном ветре.
Если ветер направлен в спину, то создается такое же сильное
препятствие вдоху благодаря разрежению, создаваемому ветром.
При определении температурных условий по И.А. Арнольди
[6] каждый метр скорости ветра условно приравнивается к по-
нижению температуры воздуха на 2°.
- 164 -
Глава 9
Одежда и тепловой баланс организма человека
9.1. Теплоизоляция одежды
Большое влияние одежды на тепловое состояние человека в
условиях, близких к комфортным, позволяет не стремиться к
установлению чрезмерно точных параметров, поскольку неиз-
бежные индивидуальные колебания могут быть легко скомпен-
сированы путем подбора соответствующей одежды. Известно,
например, что более высокие нормы температуры, принятые для
жилых зданий в США по сравнению с Англией, в значительной
мере объясняются различием в тканях одежды, которую носят
зимой в этих странах.
Другими словами, одежда используется, прежде всего, для
достижения состояния теплового комфорта. Ее теплоизоляцион-
ные свойства зависят от природы волокон тканей, количества
слоев ткани и объема заключенного в них воздуха. Оценка теп-
лоизоляционных свойств одежды производится на основе изме-
рений диффузии тепла в одежде. Единицей измерения служит
условная единица, характеризующая тепловое сопротивление
одетого человека — Кло (от английского слова clothes, одежда),
1 Кло = 0,155°Схм2/Вт. Теплоизоляция, равная одному Кло —
это величина теплового сопротивления, достаточного для под-
держания комфортного состояния отдыхающего человека при
температуре воздуха +2 ГС, скорости движения воздуха 0,1 м/с
и теплопродукции 1 Мет (58 Вт/м2 поверхности тела). Тепло-
изоляция одежды определяется суммированием тепловых сопро-
тивлений отдельных составляющих одежды. Один Кло соответ-
ствует комплекту одежды из мужского легкого костюма и ниж-
него белья. Степень теплоизоляции летнего легкого дамского
платья составляет около 0,5 Кло, демисезонного пальто — 2—
3 Кло. Максимальную степень теплоизоляции имеет костюм
полярника — более 6 Кло [23]. Значения степени теплоизоляции
наиболее распространенных в умеренном климате типов одежды
и их комбинаций (по ISO 7730) приведены в Приложении ПА,
Существует основанный на методе теплового баланса расчет-
ный способ определения необходимой степени теплоизоляции
одежды исходя из конкретных погодных условий [16]. Для это-
го сначала оценивается дефицит или избыток теплового потока
на поверхности кожи незащищенного одеждой человека в за-
висимости от ЭЭТ (см. п. 10.3):
Qs = ((ctg h/ic)S + 0,5D)(l - А) + М + 0,04ЭЭТ - 0,98, (9.1)
- 165 -
где: S — прямая, D — рассеянная радиация на горизонтальную пй-|
верхность при высоте солнца h; ЭЭТ — значение эквивалентно-эф-]
фективной температуры; А — альбедо поверхности одежды и тела;]
М — теплопродукция при выполняемой физической работе. .
Коэффициент корреляции между тепловым потоком Q. и]
теплоизоляцией одежды С оказался достаточно высоким (0,95 ±!
± 0,02), чтобы построить уравнение регрессии: •
С = -3,70^ - 0,15, (9.2)!
где С — теплоизоляция одежды, Кло.
ГГо соотношению (9.2) можно объективно оценить теплоизо-
ляцию комплекта одежды, требуемую для поддержания тепло-
вого комфорта при различных типах погоды и видов деятельно-
сти на открытом воздухе.
9.2. Одежда и погода
Для отрицательных температур выделены пять классов по-
годы, отражающие особенности терморегуляторных функций че-
ловека и определяющие соответствующие требования к тепло-
вому сопротивлению одежды (табл. 9-1).
Таблица 9.1. Классы погоды в холодное время года и теплоизо-
ляция одежды для различных режимов труда и отдыха [16]
Показатель Класс погоды момента
VIII IX X XI XII
Суровость погоды Мягкая Умеренно суровая Суровая Очень суровая Крайне суровая
Ту, °C 0,0 - -5,9 -6,0 - -15,9 -16,0 ~ -29,9 -30,0 - -44,9 ниже -45,0
С, Кло 4,0-4,5 4,6 - 5,9 6,0 - 7,5 7,6 - 9,0 —
СНСТ слабая слабая средняя сильная чрезмерная
Климато- терапия возможно длительное пребывание на возду- хе, дозированная ходь- ба, сон на веранде в специальной одежде, зимний спорт прогулки, дозиро- ванная ходьба, зимний спорт исключена
Характе- ристика работы на открытом воздухе ведутся без ограничения перерыв для обо- грева че- рез 50 мин работы только аварийные работы
- 166 -
Примечание: Ту — условная температура; СНСТ — степень напряжения
систем терморегуляции человека, одетого в соответствующую одежду.
При ветре больше 15 м/с все погоды относятся к XII классу.
При заданном значении температуры кожи tK на основании
уравнений (9.1) и (9.2) можно рассчитать величину Д', характе-
ризующую тепловые свойства одежды, являющуюся, в свою оче-
редь, косвенной оценкой суровости климатических условий. Ве-
личина Д' связана с теплоизоляционной характеристикой одеж-
ды — числом Кло — соотношением:
Д' = 0,53/число Кло, см/с. (9.3)
Вся территория бывшего СССР была разделена на 6 зон, ха-
рактеризующихся типами одежды, необходимой для обеспече-
ния теплового комфорта человека, находящегося в состоянии
покоя или занятого работой средней тяжести при условии под-
держания средней температуры кожи 33°С (рис. 9.1}. Для зим-
него периода выделены пять, а для летнего — шесть районов
[90]. Общая характеристика этих зон приведена в табл. 9.2.
Рис. 9.1. Районирование территории бывшего СССР по теплозащит-
ным свойствам одежды (по Г.В. Циценко [90]); 0—V — номера зон
В советское время были выполнены исследования вопроса
климатофизиологического районирования территории страны по
оценке теплового ощущения человека в зависимости от свойств
различных видов одежды, которые носили утилитарный харак-
тер и должны были помочь в формировании производственных
программ предприятий легкой промышленности в условиях пла-
новой экономики для обеспечения населения тем или иным ви-
- 167 -
дом одежды. При этом вопросы связи климата и одежды носили ;
вполне научный характер и решались с позиции теплового ба- i
ланса человека и фоновых климатических условий [88]. В каче-
стве примера результатов этих исследований в табл. 9.2 приве-
дены типы основных видов одежды в различных зонах на тер-
ритории СССР а продолжительность их использования — в
табл. 9.3. Теплозащитные свойства различных предметов одеж- i
ды и их наиболее часто используемые сочетания приведены в
Приложении НА.
Таблица 9.2. Типы одежды, обеспечивающие комфорт в раз лич- .«
ных зонах на территории бывшего СССР ;
Зона Одежда лета Одежда зимы
Покой стоя Работа средне!! тяжести Покой стоя Работа средней тяжести
ОА Холодное лето Очень суровая зима
демисезонное пальто летнее пальто теплоизоля- ция одеждой недостаточна арктическая
IA Умеренно холодное лето Очень суровая зима
летнее пальто костюм, плащ теплоизоля- ция одеждой недостаточна арктическая
IB Умеренно холодное лето Суровая зима
летнее пальто костюм, плащ утепленная арктическая теплое зим- нее пальто
IC Умеренно холодное лето Умеренно холодная зима
летнее пальто костюм, плащ арктическая зимнее пальто
ПА Умеренно теплое лето Очень суровая зима
костюм, плащ летняя одеж- да теплоизоля- ция одеждой недостаточна арктическая
пв Умеренно теплое лето Суровая зима
костюм, плащ летняя одеж- да утепленная арктическая теплое зим- нее пальто
ША Теплое лето Очень суровая зима
летняя одеж- да очень легкая одежда теплоизоля- ция одеждой недостаточна арктическая
См. продолжение
- 168 -
Продолжение табл. 9.2
Зона Одежда лета Одежда зимы
Покой стоя Работа средней тяжести Покой стоя Работа средней тяжести
шс Жаркое лето Умеренно холодная зима
летняя одеж- да очень легкая одежда арктическая зимнее пальто
IVB Жаркое лето Суровая зима
очень легкая одежда любая одежда не эффектив- на утепленная арктическая теплое зимнее пальто
IVC Жаркое лето Умеренно холодная зима
очень легкая одежда любая одежда не эффектив- на арктическая зимнее пальто
IVD Жаркое лето Умеренно мягкая зима
очень легкая одежда любая одежда не эффектив- на зимнее паль- то демисезонное пальто
VC Очень жаркое лето Умеренно холодная зима
зона теплового дискомфорта арктическая зимнее пальто
VD Очень жаркое лето Умеренно мягкая зима
зона теплового дискомфорта зимнее паль- то демисезонное пальто
VE Очень жаркое лето Мягкая зима
зона теплового дискомфорта демисезонное пальто
Таблица 9.3. Продолжительность (недели) использования одеж-
ды (в бывшем СССР)
Зона Легкая летняя Костюм Легкое пальто Костюм + демисезон- ное пальто Теплое пальто Шуба
Тундра — — 3 10 6 33
Пустыня 17 И 10 12 2 —
- 169 -
Глава 10 5
Комплексные биоклиматические показатели ;
I
10.1. Типы и виды биоклиматических показателей ='
Организм человека —• это саморегулирующаяся система, в ;
которой с целью поддержания постоянной температуры тела за
счет терморегуляции обеспечивается равенство между теплопро- '
дукцией и теплоотдачей (см. Главу 8). Под терморегуляцией ’
организма понимается совокупность физиологических процес- ]
сов, обусловленных деятельностью центральной нервной систе-
мы и направленных на поддержание температуры мозга и внут-
ренних органов в узких определенных границах, несмотря на ,
значительные колебания температуры среды и собственной теп- J
лопродукции.
Тепловой баланс (AQTC), исходя из основного уравнения 8.2 :
(п. 8.4), определяется количеством вырабатываемого организмом
за счет обмена веществ тепла, накапливаемого организмом или ",
отдаваемого им за счет конвекции и излучения, теплоотдачи в
результате выделения и испарения пота и ряда других составля-
ющих. Бее составляющие теплового баланса являются перемен-
ными величинами, зависящими как от физиологических, так и
от физических параметров человека и окружающей среды. Теп- :
лопродукция зависит, в основном, от физиологических реакций
организма, а теплоотдача — от факторов микроклимата. Физио-
логические реакции в последнем случае регулируют отдачу теп-
ла от внутренних тканей организма («ядра») к его кожной по-
верхности.
'Одинаковое субъективное восприятие окружающей среды
или эквивалентное, напряжение физиологических функций орга-
низма может наблюдаться при различных значениях и сочета- :
ниях элементов микроклимата. Для формализации комплекса
факторов, определяющих уровень тепловой нагрузки на орга-
низм человека или риск для его здоровья (перегрев, переохлаж-
дение), используются так называемые «температурные индек-
сы», или «комплексные биоклиматические показатели», теорети-
ческое обоснование которых заключается в уточнениях основно- ;
го теплового баланса организма человека. Цель большинства из
них — определение тепловых ощущений, возникающих у чело-
века под воздействием тех или иных значений метеорологиче-
ских факторов при различной физической нагрузке и степени
одетости. В большинстве случаев эти ощущения сопоставляют-
- 170 -
ся с некоторыми значениями температуры воздуха в относитель-
но стационарных условиях при их достаточно длительном воз-
действии на организм человека (как правило, речь идет о про-
межутке времени около 2 часов).
За последние 150 лет были разработаны около 100 таких ин-
дексов, большинство из которых учитывают всего 2 или 3 пара-
метра состояния окружающей среды [119].
Температурные индексы можно условно разделить на 3 груп-
пы. К первой, наиболее многочисленной группе, относятся ин-
дексы, описывающие теплоощущения человека. Как правило,
они относятся к внутренней среде зданий и применяются к
взрослому населению, находящемуся в состоянии легкой физи-
ческой нагрузки и одетому на уровне 1 Кло (легкий костюм,
платье). «Работают» эти индексы при скоростях ветра, в основ-
ном, до 0,3—0,5 м/с и предназначены для создания оптимально
комфортных условий внутренней среды.
Вторая группа — индексы, описывающие теплоощущения че-
ловека, находящегося на открытом пространстве. Как правило,
это показатели условий комфортности, применяемые в архитек-
турно-климатическом анализе. Их особенность состоит в том,
что они выражаются не через некоторую «приведенную» темпе-
ратуру, характеризующую тепловые ощущения человека, а опре-
деляют диапазон значений метеорологических факторов, при
комплексном воздействии которых человек будет чувствовать
себя относительно комфортно на открытом пространстве заст-
ройки или в условиях естественного ландшафта. Наиболее ши-
рокое распространение такие показатели получили в строитель-
ной (архитектурной) климатологии.
Также к этой группе можно отнести и индексы первой груп-
пы, применение которых удалось расширить до диапазона зна-
чений метеоэлементов, встречающихся в реальных климатичес-
ких условиях. Эти немного упрощенные по сравнению с первой
группой индексы применяются к ограниченному диапазону ме-
теоэлементов, характерному для умеренно-теплого климата. Ин-
дексы этой группы предназначены для оптимизации городской
среды в рамках допустимых и комфортных условий жизнедея-
тельности населения за пределами зданий. Предельным случаем
такого индекса является так называемый UTCI — «universal
thermal climate index».
Третья группа — индексы экстремального воздействия. Они
идентифицируют сочетания метеоэлементов, воздействие кото-
рых на организм человека не просто дискомфортно, а опасно для
- 171 -
здоровья и жизни. Это самые упрощенные из всех индексов,1
учитывающие, как правило, не более двух параметров\ Это и •.
понятно — никакой приток солнечной радиации не спасет неза- •
щищенные уши от обморожения при температуре воздуха -30°С 7
и скорости ветра 10 м/с, также как и никакой ветер не облегчит
(а скорее — наоборот, ухудшит) состояние человека при темпе-
ратуре воздуха +35°С и относительной влажности 80%. Как вид-
но, в обоих приведенных случаях достаточно учесть всего два
параметра состояния окружающей среды’
10.2. Измерение и моделирование микроклиматических
состояний организма
Комплексные показатели воздействия микроклимата на орга-
низм человека могут быть не только рассчитаны, но и получены
прямыми измерениями. Для количественной оценки суммарно-
го воздействия теплового излучения и температуры воздуха на
организм человека в гигиенических исследованиях использует-
ся измерение температуры шаровыми термометрами. Наиболее
полно отвечают предъявляемым требованиям шаровые термо-
метры Миссенарда и Вернон-Йокл. Высокий и строго стандарт-
ный коэффициент поглощающей способности шарового термо-
метра Вернон-Йокл достигается благодаря покрытию металли-
ческого сердечника шара зачерненной пенополиуретановой обо-
лочкой. Она имеет столь высокую шероховатость, которую не
удается получить при самых тщательных способах окрашивания
чернящими составами шаровых термометров, имеющих гладкую
поверхность. В термометре Вернон-Йокл исключен отвод тепла
от шара к штативу, благодаря чему достигается большая точ-
ность измерения глобтемпературы (сухой результирующей тем-
пературы).
Глобтемпература является достаточным критерием для ком-
плексной оценки и сопоставления комплексного действия теп-
лового излучения и температуры воздуха на участках, на кото-
рых все другие указанные величины приблизительно одинако-
вы. Однако глобтемпература не отражает влияние скорости дви-
жения воздуха, теплопродукции организма, одежды, испарения
пота и влаги при дыхании. Особенно объективным критерием
оценки теплового состояния среды показания шарового термо-
метра Вернон-Йокл являются в условиях нормальной или по-
ниженной температуры воздуха при отсутствии его существен-
ной подвижности и больших различий температуры окружаю-
щих поверхностей.
- 172 -
Существенным недостатком шарового термометра Вернон-
Йокл является его большая инерционность. Временной фактор
составляет 16 мин, а время установления окончательной вели-
чины — 28 мин.
Резюмируя изложенное, отметим, что ни один из предложен-
ных физических приборов, а также методов вычисления калори-
метрических шкал и индексов, пока не позволяет дать полную
оценку комплексного воздействия метеорологических условий
на тепловое состояние и самочувствие человека.
При гигиеническом изучении влияния факторов микрокли-
мата на организм человека нужно исходить из учета и сопостав-
ления инструментальных измерений отдельных метеорологиче-
ских факторов с данными о физиологических реакциях челове-
ка на изменения метеорологических условий. Лишь на основе
анализа этих данных возможна корректная гигиеническая оцен-
ка, а следовательно, и разработка предложений для нормирова-
ния условий внешней среды.
Терморегуляторные механизмы — колебания теплопродук-
ции, спазм или расширение кожных сосудов, усиленное потоот-
деление — предназначены для поддержания на устойчивом уров-
не температуры тела в условиях резкого, но кратковременного,
отклонения внешних условий от некоего оптимального состоя-
ния или так называемых нормальных условий. Длительное функ-
ционирование этих компенсаторных механизмов (например, по-
тоотделения) неизбежно приводит организм в состояние сни-
женной работоспособности или функционального истощения.
Резкое напряжение этих механизмов быстрее влияет на процес-
сы восстановления после работы.
Поиски методов определения суммарного влияния метеоро-
логических факторов на тепловое состояние организма к насто-
ящему времени выразились в конструировании особых прибо-
ров (так называемых аналогов человеческого тела), разработке
различных температурных шкал («эффективная температура»,
«оперативная температура», «результирующая температура»,
«радиационная температура» и др.) и, наконец, в поиске различ-
ных коэффициентов и.индексов для определения физиологиче-
ского состояния организма при этих условиях. В отечественной
и зарубежной литературе за последние более чем 70 лет иссле-
дователи предложили несколько десятков показателей и индек-
сов для суммарной оценки влияния на организм различных ме-
теорологических факторов, начиная со шкалы эффективных тем-
ператур Т. Бедфорда (1946 г.) [140], индекса физиологического
- 173 -
эффекта С. Робинсона (1945 г.) [136], коэффициента термине- «
ской приемлемости Ионидса (1945 г.) и индекса тепловой на-
грузки Белдинга-Уотча (1955 г.).
Как упоминалось, конструирование специальных приборов,
так называемых аналогов человеческого тела, позволяет объек-
тивно оценить тепловой баланс человеческого организма. В на- <
чале это конструирование шло по пути создания физических \
приборов, позволяющих определить скорость остывания натре- j
того тела и температуры поверхности при постоянно поддержи-
ваемой на одном уровне температуре внутренних слоев. Так •
были созданы эвпатеоскоп А. Дафтона в Англии (1932 г.) и тер- ...
моинтегратор «Соорегтап» в США (1935 г.). Однако предпри- |
нятые до сих пор попытки конструирования физического при-
бора, который полностью моделировал бы реакции человека на •
изменения метеорологических факторов внешней среды, не дос-
тигли цели. Б последние десятилетия в связи с прогрессом чис-
ленных методов моделирования процессов термодинамики был
разработан ряд моделей, позволяющих решать аналогичные за-
дачи [106; 107; 121; 140; 142; 144]. Эти модели описывают явле-
ния и процессы переноса тепла внутри человека к кожным по-
кровам с учетом анатомических, теплофизических и физиологи-
ческих свойств человеческого тела.
Одна из последних, наиболее физиологически и математи-
чески обоснованных попыток создания математической модели
теплового баланса тела человека была предпринята группой био-
климатических исследований национальной службы погоды Гер-
мании [107]. В этой модели, получившей название «IESD-Fiala
model», потоки тепла от тела в окружающие пространства рас-
считываются с учетом неравномерности распределения темпера-
туры и терморегуляторных реакций на различных участках кож-
ного покрова. Такой многосегментный подход позволяет рассчи-
тать локальные характеристики температуры кожного покрова
различных частей тела. Сравнение результатов моделирования,
полученных с помощью этой модели, с натурными замерами по-
казало, что модель достаточно точно воспроизводит термодина-
мические реакции и «тепловое поведение» организма человека в
широком диапазоне микроклиматических условий [107; ИЗ].
С математической точки зрения организм человека может
быть разделен на две взаимодействующие системы терморегу-
ляции: активная контролирующая система и пассивная контро-
лируемая система. На рис. 10.1 представлена схематическая ди-
аграмма работы активной системы модели [107]. Пассивная си-
стема, описываемая математической моделью — это многосег-
- 174 -
ментное многослойное представление человеческого тела с его
разбивкой на отдельные участки. Каждому сегменту тканей
присваиваются индивидуальные теплофизические и термофизио-
логические свойства. Вся совокупность таких сегментов воспро-
изводит тело человека среднестатистических размеров: вес —
73,5 кг, удельное содержание жира — 14%, площадь поверхно-
сти — 1,86 м2. Исходные физиологические характеристики состав-
ляют: суммарное продуцирование метаболического тепла в разме-
ре 87,1 Вт и минутный сердечный выброс 4,9 л/мин, что соответ-
ствует физиологическим параметрам взрослого лежащего челове-
ка при нейтральных тепловых условиях среды (+30°С). При та-
ких условиях за счет моделирования процесса терморегуляции
модель воспроизводит следующие параметры тела: объем крови,
циркулирующей у поверхности кожи — 0,4 л/мин; средняя влаж-
ность поверхности тела — 6%; средняя температура поверхно-
сти тела — +34,4°С; температура внутренних органов — +37,0°С
(гипоталамус) и +36,9°С (брюшная полость, rectum). Эти рас-
четные параметры очень точно совпадают с результатами на-
турных экспериментов.
Локальная регуляция Регуляция центральной нервной системой
I---------------------1 I.. ........
Рис. 10.1. Блок-схема математической модели теплового баланса
тела [107]
- 175 -
Активная система модели предсказывает терморегулятор-
ные реакции центральной нервной системы — сужение или j
расширение кровеносных сосудов с соответствующим измене- ;]
нием объема циркуляции крови, мышечный термогенезис, раз-1
мер потоотделения. В основе активной системы описываемой
модели cIESD-Fiala» лежит регрессионный анализ реакций
организма, полученный в процессе натурных экспериментов, j
проведенных во всем диапазоне микроклиматических уело- 1
вий — от холодового стресса до теплового удара. При проведе- 1
нии этих экспериментов физические нагрузки и соответствую- .]
щая теплопродукция изменялись от 0,8 до 10 met. Независи-1
мые эксперименты показали хорошую сходимость результатов 1
расчетов с натурными данными о средних и локальных значе- j
ниях температуры кожных покровов, температуре внутренних J
органов для всего диапазона микроклиматических условий и 1
физических нагрузок. ]
. j
10.3. Индексы эффективных температур ]
Наиболее широкое распространение получила разработанная |
в США шкала эффективных температур (ЭТ). Хогтем (F.G. Но- !
ughtem), Яглоу — авторы шкалы эффективных температур —
определяли вначале понятие эффективной температуры как по- j
казатель ощущения тепла, которое будет испытывать человек j
при разных сочетаниях температуры и влажности. ЭТ принято •
выражать в градусах температуры насыщенного водяными пара- 1
ми неподвижного воздуха (рис. 10.2). Основой для составления <
шкалы эффективных температур послужили данные опроса не- i
скольких сотен лиц об их тепловом самочувствии и субъектив- =
ной оценке теплового состояния среды при переходе из одной ?
климатической камеры в другую с разными температурами и ;
влажностью. При этом изменение температуры и влажности в
камерах шло в противоположных направлениях, т.е. при повы- j
шении температуры влажность понижалась, а при снижении !
влажности повышалась температура. Движение воздуха при .
этом практически отсутствовало (не более 0,1 м/ с). Путем экс- J
периментов было отмечено, что эффект одинакового теплоощу- !
щения в неподвижном воздухе сохраняется при следующих со- j
четаниях температуры и влажности [94]: •]
Т, °C 17,8 18,9 20,1 20,7 21,7 22,2 23,2
f, % 100 80 60 50 40 30 20
- 176 -
Рис. 10.2. Номограмма для определения комфортности по эффектив-
ной температуре
Эффективные температуры получили широкое распростране-
ние в практике оценок тепловых нагрузок, дискомфортное™
(комфортности) среды при климатолечении. В зависимости от
сезона года категории тепловых нагрузок оцениваются по ЭТ
следующим образом:
ЭТ выше 0° Теплоощущение Нагрузка
30 и более 24-30 18-24 12-18 6-12 0-6 ' очень жарко жарко тепло умеренно тепло прохладно умеренно холодно сильная умеренная комфортная комфортная
ЭТ ниже 0° Теплоощущение Нагрузка
0 - -12 -12 - -24 -24 - -30 ниже -30 холодно очень холодно крайне холодно крайне холодно умеренная сильная угроза обморожения очень сильная угроза обморожения чрезвычайно высокая вероятность замерзания
- 177 -
Аналитическая оценка ЭТ для состояния полураздетого^ (до :
пояса) человека выполняется по приближенной формуле Мис-
сенарда: j
ЭТ = Т - 0,4(Т - 10)( 1 - f/100). (10.1) |
В дальнейшем диапазон изменений тепловых свойств среды i
был расширен включением в число переменных факторов ско- j
рости движения воздуха. Эта шкала, в отличие от предыдущей, j
получила название шкалы эквивалентно-эффективных темпера- ?
тур (ЭЭТ). Возможны самые разнообразные сочетания Т°С, V '
м/с и f%, при которых степень теплоощущения будет одинако-
ва, соответствуя теплоощущениям при некотором значении тем-
пературы насыщенного неподвижного воздуха. Так, например,
ЭЭТ будет одинакова при следующих сочетаниях параметров:
ГС f% V м/с
17,8 100 0
22,4 70 0,5
25,0 20 2,5
Вскоре после своего появления в научной литературе шкалы
ЭТ и ЭЭТ подверглись серьезной критике ввиду ряда их суще-
ственных недостатков: обоснование выводов только субъектив-
ными оценками, игнорирование роли адаптации организма и
климатических особенностей различных стран в различное вре-
мя года, значительное изменение оценок в зависимости от одеж-
ды и бытовых привычек, отсутствие учета фактора радиации и
некоторых других параметров. Известно, например, что в Анг-
лии, как зимой, так и летом, в помещениях предпочитают тем-
пературу воздуха по сухому термометру на 4—4,5° ниже, чем в
США. Это объясняется адаптацией к определенным климатиче-
ским условиям, а также различным типом отопления и обычая-
ми населения в отношении одежды.
Следует также учесть, что и сама методика установления зон
комфорта по эффективным и эквивалентно-эффективным тем-
пературам имела существенные недостатки. В основу числовых
показателей ЭТ и ЭЭТ была положена 100% относительная
влажность. За Г эффективной температуры условно принима-
лись показания 1° по сухому термометру при 100% относитель-
ной влажности и отсутствии подвижности воздуха. Таким обра-
зом, в зону комфорта вошла также температура воздуха при
100% относительной влажности, что не могло не вызвать серьез-
ных возражений с гигиенической точки зрения.
- 178 -
Кроме того, оба эти показателя не учитывают радиационный
обмен организма человека с окружающей средой, например, на-
гревания открытых участков кожи солнечной радиацией. Для
устранения этого недостатка показания обычного термометра
могут быть заменены на показания зачерненного шарового тер-
мометра, поглощающего попадающие на него потоки радиации
и излучающего, в случае перегрева, избыточное тепло в окружа-
ющее пространство. Этот показатель, получивший название «эф-
фективная радиационная температура», рассчитывается по фор-
муле:
tp.«M-2VvB(tm-tB)+tm , (10.2)
где, соответственно, tB, vB, tm — температура, скорость движе-
ния воздуха и температура по шаровому термометру.
10.4. Показатели теплоощущений
и физиологических реакций
В отличие от температурных шкал расчетные формулы для
вычисления некоторых индексов и коэффициентов включают и
показатели, характеризующие те или иные физиологические ре-
акции организма. Ни один из этих индексов не может в одном
показателе отразить все разнообразные реакции организма на
различный уровень температуры, влажности, подвижности воз-
духа и радиации в закрытом помещении или на открытом про-
странстве с учетом не только безусловных, но и условно-рефлек-
торных связей, явлений акклиматизации, сезонных перестроек и
других факторов. Тем не менее, следует отметить международ-
ные стандарты, в частности, разработанный в 1982 году стандарт
ISO 7243 [114], описывающий физиологические реакции чело-
века, работающего в среде с повышенной температурой, изме-
ренной по влажному шаровому термометру.
Комплексная оценка теплового состояния воздуха произво-
дится, в основном, по параметрам четырех его составляющих:
температуры по сухому, смоченному и шаровому термометрам и
скорости движения воздуха. Для характеристики тепловой на-
грузки и условий теплообмена организма необходимо учитывать
размеры тела, одежду, обмен веществ, характер работы, хотя
учесть в едином показателе все вышеперечисленные факторы
при широких значениях их диапазонов представляет большую
трудность. Такого показателя, полностью удовлетворяющего ги-
гиеническим требованиям, в настоящее время не имеется, как
нет и аналогичного физиологического показателя теплового со-
- 179 ~
стояния организма. Комплексные показатели оценки микрокли-
мата (теплообмена организма с внешней средой) в настоящее
время можно разделить на 3 класса:
1) базирующиеся на физической оценке факторов микрокли-
мата; в их основу положено использование приборов, моделиру-
ющих реакции организма человека на изменение микроклимата;
2) учитывающие физиологическое напряжение организма от
теплового воздействия окружающей среды; в их основе лежит
использование формул и номограмм для оценки тепловой на-
грузки;
3) основанные на оценке теплового обмена между телом че-
ловека и окружающей средой; они разработаны с учетом физи-
ческих принципов теплоотдачи.
Для физической оценки суммарного воздействия микрокли-
мата с помощью показателей первого класса были разработаны
смоченный шаровой термометр Холдена, кататермометр Хилла,
шаровой термометр Вернона, фригориметры Пфляйдерера, Ти-
лениуса и Дорно, фрикат Калитина, термоинтегратор Пирса и
др. Некоторые из них широко используются и в настоящее вре-
мя для измерения отдельных метеорологических элементов. На-
пример, кататермометр применяется для определения малых
скоростей воздуха, черный шаровой термометр — для измерения
средней радиационной температуры и т.д.
Комплексные показатели второго класса основаны на разра-
ботке шкал, номограмм, таблиц и формул, отражающих связь
между комплексом метеорологических факторов (иногда с уче-
том степени тепловой адаптации, одежды, тяжести работы) и
теплоощущениями или физиологическими реакциями организ-
ма. Так возникли методы эффективных и результирующих тем-
ператур (ЭТ, РТ), предвидимой 4-часовой интенсивности пото-
отделения (ПЧП), влажной шаровой температуры (ВШТ) и т.д.
Еще одним недостатком упоминавшихся выше ЭТ и ЭЭТ
является то, что они не учитывают радиационное тепло и физи-
ологические реакции человека, а их использование в условиях
высоких температур и относительной влажности может приве-
сти к неправильным результатам. В связи с этим для учета ра-
диационного компонента было предложено заменить в шкале ЭТ
температуру по сухому термометру на температуру по черному
шаровому термометру. Этот показатель получил название кор-
ригированной эффективной температуры (КЭТ). Учитывая, что
температура по черному шаровому термометру зависит не толь-
ко от радиационной, но и конвекционной температуры и движе-
ния воздуха, КЭТ отражает все составляющие компоненты мик-
- 180 -
роклимата. Пределы тепловой нагрузки окружающей среды в
градусах КЭТ для неадаптированных лиц равны +30°С, для лег-
кой работы — +28°С, для умеренной — +26,5°С, для адаптиро-
ванных лиц эти пределы могут быть увеличены на 2°С.
Определенный интерес представляет индекс влажной шаро-
вой температуры (ВШТ), разработанный для предупреждения
тепловых поражений военнослужащих США. Он учитывает кон-
векционную и радиационную температуры, влажность и ско-
рость движения (через температуру черного шара) воздуха, не
имеет ограничений по метеорологическим параметрам и дает
близкие к КЭТ показания. В последнее время во многих стра-
нах был принят «Индекс температур по ВШТ», рекомендован-
ный Американской ассоциацией государственных промышлен-
ных гигиенистов для определения предельной продолжительно-
сти работы в условиях повышенных температур. Индекс уста-
навливает продолжительность работы и перерывов для отдыха с
целью поддержания температуры тела не выше +38°С с учетом
нагрузки.
Стандарт ANSI/ASHARE 55-2004
Для оценки совместного влияния температуры воздуха, теп-
ловой радиации, движения воздуха и ряда других параметров в
американском стандарте ANSI/ASHARE* 55-2004 [95] предло-
жен индекс «действующей температуры» («operative
temperature», ДТ), который также часто называют «оперативной
температурой» (ОТ). Этот индекс получен на основании срав-
нения теплообмена человека при данных параметрах микрокли-
мата с теплообменом в условиях неподвижного воздуха при рав-
ных значениях конвекционной и радиационной температур, вы-
ражается в градусах Цельсия. В общем, упрощенном виде ДТ
рассчитывается как среднее значение между радиационной тем-
пературой и температурой воздуха внутри помещения. Такое
значение применимо при скорости движения воздушного пото-
ка не более 0,2 м/с в помещениях, в которых человек продуци-
рует метаболическое тепло от 1,0 до 1,3 met (легкая работа сидя
или стоя) и имеет степень одетости от 0,5 до 1,0 Кло (брюки и
рубашка с коротким рукавом, юбка и блузка, легкое платье, кос-
тюм). Более детальные расчеты ДТ предусматривают учет эф-
фектов радиационного и конвективного теплообмена человека с
* ANSI — Американский национальный институт стандартов (American National
Standards Institute); ASHARE — Американское общество инженеров по отоплению,
охлаждению и кондиционированию воздуха (American Society of Heating,
Refrigerating and Air-conditioning Engineers).
- 181 -
окружающей средой. Этот учет производится соответствующим
«взвешиванием» радиационной температуры и температуры воз-,
духа за счет применения соответствующих коэффициентов при ’
осреднении этих температур [143]. Пример графоаналитической
го определения ДТ приведен на рис. 10.3. '
Pzzc. 103. Пример номограммы для определения ДТ [ 143]
В предельно простом случае, когда температура воздуха рав-
на радиационной температуре, ДТ может быть непосредственно \
измерена по черному шаровому термометру. *
Применение индекса ДТ в наиболее полном виде раскрыва- )
ется в стандарте ANSI/ASHARE 55-2004 [95], на котором стоит j
остановиться подробнее, поскольку он является наиболее совре- ’
менным и широко применяемым на Западе методом оценки ком- |
фортности микроклимата помещений. Оценка уровня теплового i
- 182 -
комфорта согласно стандарту ANSI/ASHARE 55-2004 произво-
дится с учетом 6-ти основных факторов:
1) метаболического тепловыделения;
2) степени одетости;
3) температуры воздуха;
4) радиационной температуры;
5) скорости ветра;
6) влажности воздуха.
Требования этого стандарта к условиям комфортности при-
меняются к тем помещениям, где человек находится непрерыв-
но не менее 15 минут. Считается, что человек, попадая в усло-
вия среды, отвечающие требованию стандарта, может некоторое
время испытывать «остаточный» тепловой дискомфорт, связан-
ный с условиями среды, в которой человек находился ранее или
его предыдущей физической активности. В отдельных случаях
при пребывании в экстремальных условиях среды или чрезвы-
чайно высоких физических нагрузках эти обстоятельства могут
влиять на ощущение комфортности более длительное время —
до 1 часа. Первый и второй факторы обычно называют «персо-
нальными», поскольку они связаны не с параметрами окружаю-
щей среды, а непосредственно с человеком, являющимся субъек-
том нормирования.
Поскольку большинство исследований и экспериментальных
данных, использованных при разработке этого стандарта (как и
большинство других) относится к теплоощущениям людей, на-
ходящихся в состоянии относительного покоя или легкой физи-
ческой активности, основным объектом его применения являют-
ся административные (офисные) и жилые помещения. Стандарт
ориентирован на взрослое трудоспособное население — дети и
инвалиды имеют специфические требования к условиям тепло-
вого комфорта.
Для определения ДТ стандартом учитываются все из пере-
численных выше шести параметров. Зона комфорта определяет-
ся как диапазон ДТ, в которых человек испытывает удовлетво-
рительные тепловые ощущения. Для определения значения ДТ
используется графоаналитический метод (рис. 10.4) или про-
граммный алгоритм, который также приводится в стандарте.
Графоаналитический метод рекомендован применительно к по-
мещениям, в которых человек находится сидя или занимается
легкой работой и одет в брюки и рубашку или легкое платье,
костюм. Более подробно значения теплоизоляции различных
предметов одежды и наиболее часто повторяющихся их сочета-
ний приведены в Приложении ПА.
- 183 -
Диапазон комфортных значений ДТ при скорости движения
воздуха не более 0,2 м/с, представленный на рис. 10.4, теорети-.
чески должен удовлетворять не менее 80% людей, находящихся'5
в помещении. Доля в 80% принята исходя из того, что 10% лю-
дей будут испытывать дискомфорт по причине возможного от- ::
клонения микроклиматических условий от средних значений 1
внутри самого помещения (например — у окна, вблизи отопи-..
тельных приборов или приточных каналов вентиляции и т.д.) и.
10% — в любом месте помещения исходя из своих физиологи-
ческих особенностей. Следует отметить принципиальное сход- '
ство в этом вопросе стандартов ANSI/ASHARE 55-2004 и ISO ,
7730 [115], о котором говорилось выше.
Рис. 10.4. Допустимые значения ДТ и влажности для администра-
тивных и жилых помещений [95]
* ОБ — относительная влажность воздуха, %
В перегревных условиях превышение ДТ границы комфорт-
ной зоны может быть частично компенсировано увеличением дви-
жения воздуха и, соответственно, теплопотерями организма (рис.
105). Такой способ снижения ДТ эффективен при одетости не
более 0,7 Кло и низкой физической активности человека (работа
сидя). Дополнительно следует еще раз отметить различия в чув-
ствительности организма человека к температуре воздуха и ради-
ационной температуре. Если средняя радиационная температура
низкая, а температура воздуха — высокая, увеличение скорости
движения воздуха оказывает незначительное воздействие на теп-
лопотери организма. Соответственно, увеличение скорости движе-
ния воздуха как фактора снижения ДТ более эффективно при
- 184 -
высокой радиационной температуре и низкой температуре возду-
ха. Стоит, однако, иметь в виду, что при скорости движения воз-
духа более 0,5 м/с многие люди начинают испытывать физиоло-
гический дискомфорт, жалуются на сквозняк и т.д.
Рис. 10.5. Снижение ДТ за счет увеличения скорости движения возду-
ха [115]
Есть и еще одна особенность применения этого способа сни-
жения ДТ. Эффект от увеличения скорости движения воздуха
тем выше, чем выше физическая активность, т.к. последняя сти-
мулирует потоотделение, а скорость движения воздуха, в свою
очередь, способствует увеличению скорости испарения выделя-
ющегося пота. При этом рекомендуется иметь степень одетости
1 Кло или менее.
ДТ в первом приближении для определенного диапазона ус-
ловий по степени одетости и уровню физической активности (о
которых говорилось выше) рассчитывается как среднее значение
между радиационной температурой и температурой воздуха
внутри помещения: ДТ = (ta + tr)/2, где ta и tr, соответственно,
температура воздуха и средняя радиационная температура.
10.5. Показатель результирующей температуры
(ГОСТ 30494-96)
Аналогичный параметр введен отечественным ГОСТом «Зда-
ния жилые и общественные. Параметры микроклимата в поме-
щениях» [18], однако, в отличие от американского стандарта, где
этот параметр называется «действующая температура», в отече-
ственном ГОСТе он получил название «результирующей темпе-
ратуры (РТ)».
- 185 -
В соответствии с ГОСТом 30494-96, результирующую темпе-'
ратуру помещения при скорости движения воздуха до 0,2 м/с
следует определять по формуле:
(Ю-З)
где: t — температура воздуха в помещении, °C; tr — радиацион-
ная температура помещения, °C.
Результирующую температуру помещения при скорости дви-
жения воздуха до 0,2 м/с следует принимать равной температу-'
ре шарового термометра при диаметре сферы 150 мм.
При скорости движения воздуха от 0,2 до 0,6 м/с следует
определять по формуле:
Cu=0,6rp+0,4fr. (10.4)
Радиационную температуру tr следует вычислять: J
— по температуре шарового термометра по формуле: 1
Гг =f6+ , (10.5) 1
где: tb — температура по шаровому термометру, °C; т — констан- |
та, равная 2,2 при диаметре сферы до 150 мм; V — скорость дви- ;i
жения воздуха, м/с;
— по температурам внутренних поверхностей ограждений и j
отопительных приборов: |
(10.6)
где: — площадь внутренней поверхности ограждений и отопи- j
тельных приборов, м2; — температура внутренней поверхности j
ограждений и отопительных приборов, °C. j
Кроме того отечественным ГОСТом определяются не только •;
оптимальные (комфортные), но и «допустимые» параметры мик-
роклимата, причем с дифференциацией по возрастным группам j
и отдельно для жилых и общественных зданий и различных ка- j
тегорий помещений (табл. 10.1; 10.2). i
Оптимальные параметры микроклимата определяются как со- |
четание значений показателей микроклимата, которые при дли- i
тельном и систематическом воздействии на человека обеспечива- !
ют нормальное тепловое состояние организма при минимальном ;
напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта ;
не менее чем у 80% людей, находящихся в помещении. Заметим,
что аналогичный порог относительной численности людей, удов- |
летворенных микроклиматом, используется в американских и ев-
ропейских стандартах (ANSI/ASHARE 55-2004 и ISO 7730).
- 186 -
Таблица 10.1. Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости дви-
жения воздуха в обслуживаемой зоне помещений жилых зданий и общежитий [18]
Период года Наименование помещения Температура воздуха, °C Результирующая воздуха, °C Относительная влажность, % Скорость движения воздуха, м/с
опти- мальная допусти- мая опти- мальная допусти- мая опти- мальная допусти- мая, не более опти- мальная, не более допусти- мая, не более
Холод- Жилая комната 20-22 18-24 19-20 17-23 45-30 60 0,15 0,2
ный То же, в районах с 21-23 (20-24) 20-24 20-22 (19-23) 19-23 45-30 60 0,15 0,2
температурой наибо- лее холодной пяти- дневки (обеспечен- ностью 0,92) -31 °C Кухня 19-21 (22-24) 18-26 18-20 (21-23) 17-25 НН НН 0,15 0,2
Туалет 19-21 18-26 18-20 17-25 НН НН 0,15 0,2
Ванная, совмещенный 24-26 18-26 23-27 17-26 НН НН 0,15 0,2
санузел Помещения для отды- 20-22 18-24 19-21 17-23 45-30 60 0,15 0,2
ха и учебных занятий Межквартирный 18-20 16-22 17-19 15-21 45-30 60 0,15 0,2
коридор Вестибюль, лестпич- 16-18 14-20 15-17 13-19 НН НН 0,2 0,3
ная клетка Кладовые 16-18 12-22 15-17 11-21 НН НН НН НН
Теплый Жилая комната 22-25 20-28 22-24 18-27 60-30 65 0,2 0,3
Примечание: значения в скобках относятся к домам для престарелых и инвалидов; НН — показатель не нормируется.
Таблица 10.2. Оптимальные и допустимые нормы температуры, относительной влажности и скорости дви-
жения воздуха в обслуживаемой зоне общественных зданий [18]
Период Наименование помещения Температура Результирующая Относительная Скорость движения
года или его категория воздуха, ’С температура, °C влажность, % воздуха, м/с
опти- допусти- опти- допусти- опти- допусти- опти- допусти-
мальная мая мальная мая мальная мая, мальная, мая,
не более не более не более
Холод- 1 категория 20-22 18-24 19-20 17-23 45-30 60 0,2 0,3
пый 2 категория 19-21 18-23 18-20 17-22 45-30 60 0,2 0,3
За категория 20—21 19-23 19-20 19-22 45-30 60 0,2 0,3
1 36 категория 14-16 12-17 13-15 13-16 45-30 60 0,2 0,3
! а Зв категория 18-20 16-22 17-20 15-21 45-30 60 0,2 0,3
Оо 4 категория 17-19 15-21 16-18 14-20 45-30 60 0,2 0,3
1 5 категория 20-22 20-24 19-21 19-23 45-30 60 0,15 0,2
6 категория 16-18 14-20 15-17 13-19 НН НН НН НН
Ванные, душевые 24-26 18-28 23-25 17-27 НН НН 0,15 0,2
Детские дошкольные учреждения
Групповая раздевальная
и туалет:
для ясельных и млад- 21-23 20-24 20-22 19-23 45-30 60 0,1 0,15
ших групп
для средних и дошколь- 19-21 18-25 18-20 17-24 45-30 60 0,1 , 0,15
ных групп С.* С -2Л
Спальня: для ясельных и млад- ших групп для средних и до- школьных групп 20-22 19-21 19-23 18-23 19-21 18-22 18-22 17-22 45-30 45-30 60 60 0,1 0,1 0,15 0,15
Теплый Помещения с постоянным пребыванием людей 23-25 18-28 22-24 19-27 60-30 65 0,3 0,5
Примечание', для детских, дошкольных учреждений, расположенных в районах с температурой наиболее холодной пяти-
дневки (обеспеченностью 0,92) -ЗГС и ниже, допустимую расчетную температуру воздуха в помещении следует прини-
мать на 1°С выше указанной в таблице; НН — показатель не нормируется.
I Классификация помещений:
£ 1 категория — помещения, в которых люди в положении лежа или сидя находятся в состоянии покоя и
° отдыха;
1 2 категория — помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учебой;
За категория — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимуществен-
но в положении сидя без уличной одежды;
36 категория — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимуществен-
но в положении сидя в уличной одежде;
Зв категория — помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимуществен-
но в положении стоя без уличной одежды;
4 категория — помещения для занятий подвижными видами спорта;
5 категория — помещения, в которых люди находятся в полураздетом виде (раздевалки, процедурные
кабинеты, кабинеты врачей и т.п.);
6 категория — помещения с временным пребыванием людей (вестибюли, гардеробные, коридоры, лест-
ницы, санузлы, курительные, кладовые).
Под допустимыми параметрами микроклимата понимается та- 1
кое сочетание значений показателей микроклимата, при котором 1
при длительном и систематическом воздействии на человека они 1
могут вызвать общее или локальное ощущение дискомфорта, ।
ухудшение самочувствия и понижение работоспособности за счет д
некоторого усиления напряжения механизмов терморегуляции, но !
ни повреждений, ни ухудшения состояния здоровья не происхо- ;
дит. Таким образом, отечественный ГОСТ, устанавливающий тре- -
бования к микроклимату помещений, имеет ряд существенных i
преимуществ перед своими зарубежными аналогами, поскольку 1
он проработан детальнее, дает более широкую шкалу для норми- ;;
рования и, тем самым, позволяет проектировщикам и строителям <
иметь больший набор средств по управлению микроклиматом. i
Глава 11
Архитектурно-климатические показатели
11.1. Пофакторная оценка микроклимата
архитектурной среды
Для архитектурно-климатического анализа, объектом которо-
го является человек и окружающая его архитектурная среда,
наиболее традиционным способом анализа и оценки комфортно-
сти климатических условий является пофакторный анализ.
Строго говоря, при таком способе оценки также необходимы
данные о возрасте, здоровье и виде деятельности людей в конк-
ретной ситуации, как это делается при гигиенической оценке
микроклимата.
На уровне оценки фоновых условий пофакторный архитек-
турно-климатический анализ комфортности среды предполагает
совместное рассмотрение какого-либо климатического парамет-
ра (группы параметров) и климатических критериев, определя-
ющих архитектурное решение (систему решений). Как правило,
такая оценка носит не количественный, а качественны!! харак-
тер, что, с одной стороны, упрощает ее применение на практике,
с другой — препятствует определению архитектурных и градо-
строительных требований к микроклимату в интегрированном
количественном выражении.
В табл. 16.2 (п. 162) по материалам исследований ЦНИИПИ
градостроительства [66] показана взаимосвязь природных фак-
торов и их влияние на климатические характеристики, важные
для проектирования городов. Однако связь климата с градост-
- 190 ~
роительными требованиями в указанной таблице не просматри-
вается.
В -табл. 11.1 приведены природно-климатические факторы,
подлежащие учету при различных типах погоды, разработанных
ЦНИИЭП жилища. Здесь отбор данных для пофакторного ана-
лиза климата через «типы погоды» связан с архитектурными
требованиями.
Таблица 11.1. Природно-климатические факторы, подлежащие
анализу при различных типах погоды
Природно- климатические факторы Типы погод
суро- вая холод- ная про- хладная ком- фортная теп- лая жаркая сухая жаркая влажная
Солнечная радиа- ция, поступающая на стены разной ориентации + + + + + + +
Комплекс темпера- ‘ туры с солнечной радиацией + + + + + + +
Температура 0 0 + + + + +
с влажностью
Ветер:
температурно- ветровой режим; + + + + + +
ветро- и снего- заносы; + + 0 0 0 0 0
ветер с дождем; 0 0 + + + 0 +
ветер с пылью 0 0 + + + + +
Влияние подсти- лающей поверхно-
сти на климатиче- ские элементы:
ветер и солнце; + + + + + + +
рельеф и ветер; + + + + + + +
застройка; + + + + + + +
озеленение; 0 0 + + + +
акватории 0 0 + + + + +
В общем случае при пофакторном анализе климата в архи-
тектурных целях необходимы знания положений архитектурной
климатологии, знание функционального назначения и технико-
экономических показателей объекта, ради которого проводится
- 191 -
•1
анализ, и критериев, определяющих то или иное решение. Так, ’
например, по опубликованным данным [28], согласно архитек- 1
турной климатологии, необходимость солнезащиты участков и-
зданий, связанных с длительным пребыванием населения, обус-1
лавливается продолжительностью периода с температурой воз- ;
духа +20 °C и выше. Известно также, что в Москве благоприят- j
ные условия на балконах и лоджиях складываются при наличии |
инсоляции при температурах +12—16’С, а при солнцезащите — J
при + 16—26°С. Как видно из этого примера, анализ условий' ;
комфортности требует учета целой совокупности критериев
оценки и средств регулирования среды, реализованных, как пра- ••
вило, в виде отдельных методических разработок. J
Примерами таких разработок могут являться: график воздей-1
ствия ветра и температуры на жилую среду (рис. 11.1 А), график
температурно-влажностной характеристики воздуха в летнее t
время года (рис. 11.1 Б}, биоклиматический график зоны ком- ?
форта для США (рис. 11.1B)t биоклиматический график страте- ?
гии проектирования зданий в субтропиках (рис. 11.1 Г).
Наиболее традиционный метод пофакторного анализа клима- ,>
та в архитектуре — графический, т.е. наглядный показ годового
хода метеоэлементов, который помогает выявить существенные .
черты климата. При этом для архитектурно-климатического ана- :
лиза важно, чтобы привлекаемый климатический материал был
заведомо связан с какими-либо архитектурными требованиями.
Поскольку в архитектуре, в частности, жилищной, большое
значение имеет ориентация помещений по сторонам горизонта,.,
в состав анализа, прежде всего, включается оценка сторон гори-
зонта по приходу солнечной радиации. По материалам ГГО [15]
составлена табл. 11.2. Чем большее количество баллов получает :
сторона (или стена, обращенная на данную сторону), тем боль-
ше на нее поступает тепла. В зависимости от теплового фона и
поступающего тепла выполняется качественная оценка сторон
горизонта по степени благоприятности. Таким образом, в анализ
на качественном уровне вводится учет радиации аналогично
тому, как это реализуется в параметре радиационно-эффектив- .
ной температуры в количественном виде.
Однако когда оценка проводится с учетом и других климати- .
ческих факторов, например — повторяемости теплой и жаркой
погоды, условий облачности, повторяемости штилей и т.д., выяв-
ляется несколько иная картина благоприятных и неблагоприят-
ных сторон. Это подсказывает архитектору, где желательно «за-
крытое» пространство и куда его следует «раскрыть», а также, на .
какие фасады лучше выводить те или иные типы помещений.
- 192 -
Температура воздуха 'С
° Среднемесячная температура самого жаркого месяца, "С
массивность ограждений
и ночная вентиляция
испарительное охлаждение
43,3
37,8
32,2
26,7
зона комфорта
21,1
15,6
10,0
пассивные системы
солнечного отопления
В
4,4 -
0,0*—^-
10
массивность
ограждений
естественное
проветривание
Ч
30 50 70
Влажность, %
90
Рис. 11.1. Примеры разработок архитектурной климатологии [45]:
А — график воздействия ветра и температуры воздуха на жилую сре-
ду; Б — график определения температурно-влажностной характеристи-
ки воздуха в летнее время; В — биоклиматический график зоны ком-
форта (по В, Оглею); Г — биоклиматический график стратегии проек-
тирования зданий (по Г. Млину и Б, Гивони)
193 -
Таблица 11.2. Оценка круга горизонта по тепловому облучению ч
солнечной радиацией в летний период (май—август) 2
Территория Баллы (по степени благоприятности)
1 2 3 4
От побережья Север- ного Ледовитого океа- на до 63—65° с.ш., включая Север Даль- него Востока СЗ-СВ - за- претный сектор для квартир од- носторонней ориентации во всех зонах В 3, ЮВ юз, ю
От 63—65 до 52° с.ш. 3 в, юз ЮВ, ю
К югу от 52° с.ш. ЮЗ 3, ЮВ ю, в
Юг Средней Азии 3 в, юз Ю, ЮВ
Юг Дальнего Востока В 3, юз ЮВ, ю
В качестве примера можно привести такую оценку для
Москвы (рис. 11.2). При построении розы солнечной радиации
учтено преобладание в течение года холодной и прохладной по-
годы, поэтому большое количество баллов (табл. 11.2) — это
благоприятная оценка, т.к. в Москве лучшая сторона — Ю—ЮВ,
за ней следуют ЮЗ и В—СВ, за ними 3—СЗ и наихудшая — С.
Рис. 112. Оценка в баллах круга горизонта в Москве по условиям теп-
лового облучения солнцем с учетом ограничения ориентации жилых по-
мещений согласно СНиП
Принцип комплексной архитектурно-климатической оценки
круга горизонта по комплексу факторов состоит в последова-
тельном наложении факторов от наиболее общих (тепловой фон,
типы погоды), через факторы, действующие постоянно и по все-
- 194 -
му кругу горизонта (солнечная радиация), к векторным факто-
рам локального действия (ветер как таковой, а также с дополни-
тельными компонентами, видовые перспективы и др.).
Наиболее простой способ выявления результата — использо-
вание розы с балльной оценкой. Приведем пример построения
комплексной архитектурно-климатической оценки для Москвы.
Для получения результатов анализа погоды, солнечной радиации
и ветра заполняется вспомогательная таблица (табл. 11.3). Дру-
гие показатели (снегозаносы, пыльные бури и пр.) для Москвы
не характерны, поэтому они не включены в анализ.
Значимость каждого из выбранных факторов для принятия
архитектурного и градостроительного решения может быть вы-
ражена и в виде шкал балльной оценки. Наибольшую дифферен-
циацию по сторонам горизонта имеет солнечная радиация, т.к.
на широте Москвы ее изменение с севера до юга крайне велико.
Кроме того, ее роль как гигиенического фактора также наиболее
значима. Условно можно принять, что этот фактор, как ведущий,
оценивается по 5-ти балльной шкале. Факторы теплового фона
и ветра для круга горизонта Москвы меньше. Для них в практи-
ке оценки климатических параметров, помогающих принятию
архитектурно-планировочных решений, используются трехбал-
льные шкалы.
Таблица 11.3. Вспомогательная таблица подсчета баллов для
оценки круга горизонта (на примере Москвы)
Сторона гори- зонта Тепло- вой фон Солнеч- ная ра- диация Ветер Абсо- лютная сумма баллов Приведенная сумма баллов для построения розы комплексной архитектурно- климатической оценки
С 1 1 1 3 1
СВ 1 2 3 6 2
в 3 3 3 9 4
юв 3 5 2 10 5
ю 3 5 3 11 6
юз 2 4 3 9 4
3 3 2 3 8 3
сз 1 2 3 6 2
Во втором столбце табл. 11.3 тепловой фон оценен в баллах
с учетом того, что в Москве дополнительный нагрев комнат солн-
цем почти всегда желателен, кроме помещений, ориентирован-
ных на юго-запад, где летом возможен перегрев внутренней сре-
- 195 -
ды, вызывающий тепловой дискомфорт. Солнечная радиация .<
оценена также с учетом фактора перегрева при ориентации на
юго-запад, но в основном с учетом дефицита инсоляции при ;
ориентации на север, северо-восток и северо-запад.
Ветровой режим оценен с позиции того, что наиболее небла- 7
гоприятные ветры и в январе, и в июле дуют с севера, а в янва-' •«
ре также и с юго-востока. Остальные стороны равны по качеству
ветрового воздействия, т.е. оцениваются одинаковым количе-
ством баллов. При суммировании баллов для каждой ориента-
ции получается абсолютная сумма баллов, которая помогает оп- '
ределить роль и значимость каждого румба для планировки зда- !
ний и городских территорий. По приведенной сумме баллов по-. >
строена роза комплексной архитектурно-климатической оценки ::
сторон горизонта по ряду факторов (см табл. 113) для Москвы ;
(рис. 113).
На основе такой комплексной оценки климатических пара-
метров могут быть выявлены типологические особенности за- 1
стройки жилища. Например: раскрытие пространства жилых
групп предпочтительно на юг, а также на юго-восток при усло-
вии защиты от ветра посадкой зеленых полос, а на юго-запад — .
при условии защиты от перегрева путем проветривания дворо-
вых пространств и соответствующего их озеленения. Лучшая
ориентация жилищ — южная и юго-восточная. Восточная, юго- :
западная и западная им уступают, северная — тем более. При за-
падной и юго-западной ориентации целесообразна защита окон
от солнца в летнее время.
Рис. 113. Комплексная архитектурно-клшиатическая оценка секто-
ров горизонта для Москвы [8]
- 196 -
11.2. Комплексная оценка погодных условий
для населения
Выше рассмотрены способы комплексной оценки климати-
ческих условий для организации архитектурной среды города.
В этих оценках городской житель с его реакциями на условия
комфортности среды рассматривался лишь как косвенный
объект анализа. В то же время в архитектурной климатологии
разработан ряд критериев пофакторной оценки влияния кли-
матических параметров непосредственно на организм человека.
В качестве примера приведем параметры внешней среды, бла-
гоприятные для здорового человека в условиях пояса с умерен-
ным климатом, к которому относится Москва (табл. 11.4). Па-
раметры разработаны на основе фундаментальных гигиеничес-
ких работ (И.С. Кирьянова и др.) институтами ЦОЛИУ вра-
чей (Г.И. Муравьева) и ЦНИИЭП жилища (В.И. Коктыш,
В.К. Лицкевич). Параметры комплексной оценки включают со-
четания температуры воздуха, скорости ветра и солнечной ра-
диации [26]. Данные сгруппированы по основным периодам
года. При составлении таблицы учитывалось, что в переходные
сезоны года (весна, осень) человек определенное время носит
одежду, которую носил в предшествующий сезон, поэтому
иногда одни и те же сочетания климатических параметров по-
лучают в различные сезоны разную гигиеническую оценку. Па-
раметры теплого периода года даны без учета относительной
влажности воздуха; их следует использовать при относитель-
ной влажности в пределах 30—60%, т.е. при характерной отно-
сительной влажности в дневные часы летнего сезона в Москве.
В архитектурно-климатическом анализе учитываются также
минимальные изменения метеорологических условий, восприни-
маемые человеком. Эти изменения иногда называют «бытовым
порогом ощущений»; они условны и могут служить лишь ори-
ентиром для оценки метеорологических явлений. Считается, что
человек ощущает изменение температуры воздуха на 0,5 °C. Это
свидетельствует о том, что изменение температуры воздуха на
1—2 °C очень существенно и составляет 2—4 «бытовых порога».
Человек воспринимает изменение скорости движения воздуха в
помещении на 0,05—0,1 м/с, снаружи — на 0,25 м/с при слабых
ветрах и на 0,5 м/с при сильных ветрах, изменение относитель-
ной влажности — на 10%.
Сравнивая метеоданные, полученные на метеорологической
станции или взятые из климатических справочников, с данны-
ми табл. 11.4, можно получить представление о том, насколько
- 197 -
фактические условия отличаются от благоприятных для чело-
века и, далее, по данным об эффективности тех или иных ар-
хитектурных или инженерных средств регулирования среды
можно определить пути улучшения микроклимата. По суще-
ству, этот процесс и является архитектурно-климатическим,
анализом.
Широкое распространение в градостроительной и архитек-
турной климатологии в качестве основы оценки фоновых усло-
вий получил так называемый «погодно-временной метод». Он
опирается на определение климата как многолетнего режима
погоды, наблюдающегося на данной территории (см. Главу 1).
Под режимом погоды понимается совокупность и последова-
тельность смены погоды. Такое понимание климата основано на
комплексном анализе всей совокупности метеорологических
факторов, определяющих характер погоды — солнечной радиа-
Таблица 11.4. Параметры благоприятных для человека состоя-
ний метеорологических факторов внешней среды в условиях по-
яса с умеренным климатом
Температура воздуха, СС Скорость ветра, м/с Солнечная радиация, ккал/см2-мин
Холодный период
от -15 до -20 0-2 более 0,8
от -10 до -15 0-2 0,4-0,8
от -5 до -10 0-2 0,4-0,8
от -5 до -10 2-4 более 0,8
от 0 до -5 0-2 до 0,4
от 0 до -5 2-4 0,4-0,8
Переходный период
от 3 до 6 - 0-2 более 0,8
от 6 до 9 0-2 0,4-0,8
от 6 до 9 2-4 более 0,8
от 9 до 18 0-2 более 0,8
от 18 до 21 0-2 более 0,8
от 21 до 24 0-2 0,4-0,8
от 21 до 24 2-4 более 0,8
Теплый период
от 24 до 27 0-2 до 0,4
от 24 до 27 2-4 до 0,4
от 24 до 27 4-6 0,4-0,8
от 27 до 30 0-2 0
от 27 до 30 2-6 до 0,4
- 198 -
ции, циркуляции атмосферы и характера подстилающей поверх-
ности (рельеф, растительность, степень и характер антропоген-
ного преобразования) и т.д.
Взяв за основу погодно-временной метод, ЦНИИЭП жили-
ща разработал систему показателей, связывающих архитектуру
с конкретными, специально разработанными погодными комп-
лексами. Эти комплексы отражают не только связь климата с
микроклиматом внутренних пространств зданий, но, в значи-
тельной мере, и с наружной городской средой. Так, в описание
жилой среды при каждой погоде включены данные о мере и ха-
рактере защиты человека, находящегося на территории город-
ской застройки. Чем длительнее период действия каждого погод-
ного комплекса, тем важнее реализация тех архитектурных тре-
бований, которые с ним связаны. На базе обобщения мирового
опыта учета климата в архитектуре [15; 22] были выделены семь
характерных типов погоды (погодных комплексов), встречаю-
щихся на территории бывшего СССР:
— жаркая погода (сильный перегрев среды при нормальной
и высокой влажности воздуха);
— сухая жаркая погода (сильный перегрев при низкой влаж-
ности);
— теплая погода (перегрев);
— комфортная погода (тепловой комфорт);
— прохладная погода;
— холодная погода (охлаждение);
— суровая погода (сильное охлаждение).
В Москве наибольшую повторяемость имеют три типа пого-
ды: комфортная (к), прохладная (п) и холодная (х).
Оценка климата на базе готового материала в целях градо-
строительного проектирования может производиться не только
с использованием официально действующей карты климатичес-
ких районов СНиП «Строительная климатология», но можно
использовать и другой известный метод оценки погоды. ЦНИ-
ИП градостроительства и отдел железнодорожной гигиены
ВНИИЖТ МПС в 1970-х годах впервые разработали физиоло-
го-гигиеническое районирование территории СССР для целей
градостроительства [63], при этом гигиеническая оценка клима-
та для целей санитарного районирования территорий была ос-
нована на анализе повторяемости т.н. «погод момента», обуслав-
ливающих различные тепловые состояния человека, одетого по
погоде и выполняющего легкую работу на открытом воздухе.
Всего были выделены 9 классов «погоды момента» (рис. 11.4;
табл. 11.5, 11.6).
- 199 -
Классы погод:
P77I- 4х; Ъ77Л - Зх; ГСТ- 2х; EZ33 - 1х; Г—I- К; 7771 - IT; ESS - 2T;ESS3 " &Т; Е3~ 4Т
Рис. 11.4. Сводная диаграмма для определения классов погод на основе
данных о тепловом состоянии человека (А — для холодного времени
года, Б — для теплого времени года) [63]
Таблица 11.5. Физиолого-гигиеническая классификация погод
холодного времени года для условий выполнения легкой работы
на открытом воздухе
Скорость ветра на высоте 1 м Теплоизоляция одежды, Кло
2-3 3-4,5
Температура воздуха, °C
04- -5,04- -10,04- -15,04- -20,04- -25,04- -30,04- -35,04- -40 и
-4,9 -9,9 -14,9 -19,9 -24,9 -29,9 -34,9 -39,9 ниже
0,0-0,5 1х 1х 1х 1х 2х 2х 2х Зх 4х
0,6-1,0 1х 1х 1х 1х 2х 2х 2х Зх 4х
1.1-1,5 1х 1х 1х 1х 2х 2х 2х Зх 4х
1,6-2,0 1х 1х 1х 1х 2х 2х 2х Зх 4х
2,1-2,5 1х 2х 2х 2х 2х 2х Зх Зх 4х
2,6-3,0 1х 2х 2х 2х 2х Зх Зх Зх 4х
3,1-3,5 1х 2х 2х 2х 2х Зх Зх Зх 4х
3,6-4,0 1х 2х 2х 2х 2х Зх Зх Зх 4х
4,1-4,5 2х 2х 2х 2х 2х Зх Зх Зх 4х
4,6-5,0 2х 2х 2х 2х 2х Зх Зх Зх 4х
5,1-10,0 Зх Зх Зх Зх Зх Зх Зх Зх 4х
более 10,0 4х 4х 4х 4х 4х 4х 4х 4х 4х
- 200 -
Таблица 11.6. Физиологе-гигиеническая классификация погод теплого времени года для условий выполне-
ния легкой работы на открытом воздухе
Относи- тельная влаж- ность, % Общая облачность, баллы (сум- марная сол- нечная радиация, Ккал (см2хмин) Ско- рость ветра, м/с Теплоизоляция одежды, Кло
2-1 1-0,7 0,7-0,5
Температура воздуха, °C
0+2,9 3,0+ 5,9 6.0+ 8,9 9,0+ 11,9 12,0+ 14,9 15,0+ 17,9 18,0+ 20,9 21,0+ 23,9 24,0+ 26,9 27,0+ 29,9 30,0+ 32,9 33,0+ 35,9 36,0+ 38,9 39,0+ 41,9 >42,0
не более 80 0+4 (более 0,8) 0,0+2,0 2,1+4,0 4,1+6,0 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х Н 1х 1х Н н 1х Н Н Н Н Н Н 1т 1т 1т 2т 1т 1т 2т 2т 2т Зт 2т 2т Зт Зт 2т Зт Зт Зт 4т 4т 4т
5+7 (0,4+0,8) 0,0+2,0 2,1+4,0 4,1+6,0 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х н 1х 1х Н Н 1х Н Н Н 1т 1т Н 1т 1т 1т 2т 1т 1т 2т 2т 2т Зт 2т 2т Зт Зт 2т 4т 4т Зт
8+10 (менее 0,4) 0,0+2,0 2,1+4,0 4,1+6,0 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х Н Н 1х Н Н 1х Н Н Н 1т 1т Н 1т 1т 1т 2т 2т 1т 2т 2т 2т 2т 2т 2т Зт Зт Зт
более 80 0+4 (более 0,8) 0,0+2,0 2,1+4,0 4,1+6,0 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х Н 1х 1х Н Н 1х Н Н Н 1т 1т 1т 2т 1т 1т 2т 2т 2т Зт 2т 2т Зт Зт 2т Зт Зт Зт 4т 4т 4т 4т 4т 4т
5+7 (0,4+0,8) 0,0+2,0 2,1+4,0 4,1+6,0 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х Н 1х 1х Н Н 1х 1т 1т Н 1т 1т 1т 2т 1т 1т 2т 2т 2т Зт 2т 2т Зт Зт 2т 4т Зт Зт 4т 4т Зт
8+10 (менее 0,4) 0,0+2,0 2,1+4,0 4,1+6,0 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х 1х Н Н 1х Н Н 1х 1т 1т Н 1т 1т 1т 2т 2т 1т 2т 2т 2т 2т 2т 2т Зт Зт Зт Зт Зт Зт
Предложенный подход позволяет определить возможности’
использования территорий для рекреации и селитьбы по веро-
ятности комфортных (к) и субкомфортных (1х, 1т) погод, бла-
гоприятных для пребывания человека на открытом воздухе и
закаливания, а также по вероятности погод, вызывающих уме-
ренное (2х, 2т), большое (Зх, Зт) и чрезмерное (4х, 4т) напряже-
ние аппарата терморегуляции, ограничивающих время пребыва-
ния человека на открытом воздухе и способных оказывать не-
благоприятное влияние на его здоровье и работоспособность
(табл. 11.7).
Таблица 11.7. Оценка степени благоприятности территории по
повторяемости классов погод
Степень бла- гоприятности территории Для рекреационных целей Для селитебных целей
повторяемость классов погод (в % от числа дней в году)
комфортных и субкомфортных вызывающих напряжение терморегуляции в условиях:
охлаждения перегрева
Благо- приятные Ограниченно благопри- ятные Неблаго- приятные 1т + Н + 1х > 80 60 < 1т + Н + 1х < 80 1т + Н + 1х < 60 4х, Зх — нет 2х <8 4х — нет 8 < 2х + + Зх < 32 4х>12х + + Зх + 4х > 32 4т — нет 2т + Зт <8 4т — нет 8 < 2т + + Зт < 32 4т около 1 2т + Зт + 4т > 32
Исходная информация для характеристики климата по пого-
дам момента содержится в метеорологических таблицах ТМ-1.
Обработке подлежат результаты первичных наблюдений всех
имеющихся на рассматриваемой территории стационарных пунк-
тов метеонаблюдений, в том числе аэропортов.
При обработке результатов наблюдений вручную возможно
сокращение объема информации за счет использования лишь ре-
зультатов срочных наблюдений за 13-часовой срок (по местному
времени) за наиболее типичный год, устанавливаемый по макси-
мально возможному сроку наблюдения (но не менее 10 лет).
Для характеристики климата по погодам момента рассчиты-
вается помесячная и годовая повторяемость каждого из 9 ука-
занных классов погод. Определение классов погод по различным
сочетаниям температуры и влажности воздуха, скорости ветра и
общей облачности и за каждое наблюдение (из формы ТМ-1)
- 202 -
проводится в соответствии с табл. 11.5 и 11.6, содержащими
физиологическую классификацию погод холодного и теплого
времени года. На уровне проектов районной планировки в 1-ой
строительно-климатической зоне с резко континентальным кли-
матом и IV-ой строительно-климатической зоне с напряженны-
ми ветровым и радиационными режимами оценку погод момен-
та целесообразно проводить с учетом специфических региональ-
ных особенностей теплообмена и одежды человека [62],
Учитывая сложность ручной обработки материала, целесооб-
разно использовать готовые характеристики климата по повто-
ряемости погод момента 233 городов бывшего СССР [66] и воз-
можность машинной обработки метеоданных.
Границы районов, на которые могут быть экстраполированы
данные, полученные при анализе погод момента с каждого пунк-
та наблюдений Роскомгидромета, определяются с учетом под-
стилающей поверхности, для чего используются морфометриче-
ские или топографические карты. При определении границ рай-
онов учитывается, в первую, очередь, влияние на погоду момен-
та рельефа и лесных массивов (радиус действия среднегорного
и горного рельефа — до 50 км, холмистого — до 5—10 км), водо-
емов, а также почвенно-растительного покрова и близости круп-
ных населенных мест.
Классы погоды имеют прямую связь с теплозащитными
свойствами одежды, выраженными в Кло, но не с требованиями
к планировке и застройке городов. В этих целях была составле-
на карта страны, согласно которой предъявлены требования по
защите человека от неблагоприятных воздействий и использо-
ванию благоприятных условий, намечены средства улучшения
городской среды. Для работы характерна определенная крупно-
масштабность: один подрайон ИА с общими градостроительны-
ми требованиями охватывает огромную территорию: Кольский
Север, Центральную Россию, Северный Казахстан, Южную Си-
бирь и Дальний Восток. Для этой территории, вместе со всей
западной частью бывшего СССР, предложены требования: пла-
нировочная структура с раскрытием на природное окружение
(водоемы, зеленые массивы); разнообразные приемы планиров-
ки (полузамкнутая, открытая и т.п.); трассировка магистралей,
сети проездов и пешеходных путей с учетом ветрового режима;
радиусы обслуживания в пределах 210—230 м для дошкольных
учреждений и 350—380 м — для школ и общественных центров;
использование зеленых насаждений для ветро- и солнцезащиты;
навесы, козырьки в целях влагозащиты; спортивные площадки
для активного отдыха. Использование строительными нормами
- 203 -
и правилами районирования, охватывающего и градостроитель-'
ные аспекты, и вопросы типологии жилых и общественных зда-
ний, имеет определенные преимущества.
11.3. Индексы PMV, PPD и поиски
«универсального индексам •>
Наряду с традиционным графическим методом пофакторно- j
го анализа климата за последние десятилетия в архитектуре и i
градостроительстве развиваются методы комплексной, инте- \
гральной оценки микроклиматических условий. Типичным при-
мером такого метода может служить вторая редакция стандарта 1
ISO 7730 [115], вышедшая в 1994 году. В этой редакции расши- 1
рен диапазон учитываемых параметров наружной среды и пер- ]
сональных параметров (степень одетости, размер метаболизма 'j
тепла). За счет этого стало возможным применение индексов
теплового комфорта PMV и PPD не только внутри зданий, но и 5
на территории открытых городских пространств, причем для
многих стран с умеренно-теплым климатом — в течение почти
всего года.
Еще два биоклиматических индекса; применяемых для ком-
плексной оценки климатических условий наружной среды, ко-
торые в какой-то степени конкурируют друг с другом — «ощу-
щаемая температура (perceived temperature)» и «психологиче-
ски-эквивалентная температура (physiological equivalent tem-
perature)». На этих индексах стоит остановиться, т.к. они полу-
чили довольно широкое распространение при оценке биоклима-
тических ресурсов и в оперативно!! практике национальных
служб погоды в странах Европы и Северной Америки. В каком- •
то смысле они конкурируют друг с другом в качестве основы
для разработки т.н. «универсального теплового климатического
индекса (universal thermal climate index)» для открытых про-
странств.
«Ощущаемая температура» (ОТ) соответствует температуре
воздуха «контрольных условий среды», выраженной в °C, при ко-
торой ощущение тепла или холода будет таким же, как под воз-
действием реальных микроклиматических условий. В этой «конт-
рольной среде» скорость ветра не должна превышать порога ощу-
щения легкого сквозняка (0,2—0,4 м/с), а средняя радиационная
температура должна быть равной температуре воздуха (например,
в условиях глубины леса). Содержание водяного пара принима-
ется равным влагосодержанию воздуха в реальных условиях при
отсутствии процессов конденсации и испарения.
- 204 -
Ощущение тепла или холода определяется на основе уравне-
ния комфортности Фангера, учитывающего полный тепловой
баланс тела человека (табл. 11.8). Тепло-физиологическая оцен-
ка выполняется для среднестатистического человека ростом
175 см, весом 75 кг в возрасте 35 лет. Количество продуцируе-
мого метаболического тепла составляет 175,2 Вт (2,3 Мет), что
соответствует пешей ходьбе по ровной местности со скоростью
4 км/час. Поскольку процедура оценки условий комфортности
выполняется для открытых пространств, принимается, что чело-
век может быть одет по-разному, исходя из сезона и реальных
условий погоды. Степень одетости может изменяться от 0,5 Кло
летом до 1,75 Кло зимой. Причем, степень одетости для расчета
ОТ определяется с использованием индекса PMV и должна
обеспечивать при реальных микроклиматических условиях его
значение, равное нулю. Значения ОТ и соответствующие ощу-
щения и реакции организма приведены в табл. 11.8 [143].
Таблица 11.8. Значения «ощущаемой температуры» и тепловое
состояние организма
ОТ Теплоощущения на улице Степень физиологического стресса
ниже -39°С -26 + -39 -13 + -26 0 + -13 0 + 20 20-5-26 26 + 32 32 + 38 выше 38 очень холодно холодно прохладно слегка прохладно комфортно тепло очень тепло жарко очень жарко экстремальный холодовой стресс тяжелый холодовой стресс умеренный холодовой стресс слабый холодовой стресс возможен комфорт низкая тепловая нагрузка умеренная тепловая нагрузка сильная тепловая нагрузка экстремальная тепловая нагрузка
Применение ОТ в практике оперативных прогнозов погоды
позволяет населению ориентироваться в выборе уличной одеж-
де не только учитывая прогнозируемую температуру воздуха
(как это делается в России), но и исходя из ожидаемых тепло-
ощущений с учетом облачности, скорости ветра, влажности воз-
духа и предполагаемого уровня физической активности, что, не-
сомненно, делает пребывание на открытом воздухе гораздо бо-
лее комфортным.
«Психологически-эквивалентная температура» (ПЭТ) отли-
чается от описанного выше индекса ОТ тем, что параметры
«контрольных условий среды» устанавливаются исходя из по-
стоянства влажности (50%) и неподвижности воздуха и едина-
- 205 -
ко вых радиационной температуры и температуры воздуха. При
этом степень одетости в «контрольной среде» остается неизмен-
ной и составляет 0,9 Кло. Теплообмен организма с окружающей
средой рассчитывается по тем же уравнениям, что и для ОТ. По
возникающему в такой среде избытку или дефициту теплового
баланса определяются тепловые условия реальной среды. «Пе-
реход» осуществляется через психологическое восприятие чело-
века, выраженное в °C.
В связи с ограничением степени одетости ПЭТ рекомендует-
ся использовать только для биоклиматической оценки положи-
тельных температур — как внутри помещений, так и на откры-
тых пространствах в теплом климате. Соотношения значений
ПЭТ и индекса PMV приведены в табл. 11.9 [125].
При отрицательных температурах воздуха в одинаковых ус-
ловиях наружной среды ПЭТ имеет несколько более высокие
значения, чем ОТ, однако его применение не рекомендуется. Ос-
новное применение индекс ПЭТ нашел при биоклиматическом
районировании и планировке городской среды городов с умерен-
но-теплым климатом или умеренным климатом в теплое полу-
годие. В этих целях индекс ПЭТ может использоваться как в
масштабе всего города или крупной ландшафтной единицы (до-
лины реки, крупного лесопарка), так и в микромасштабе — от-
дельной улицы, здания, сооружения, группы деревьев и даже
отдельного дерева в городской среде.
Таблица 11.9. Соотношения значений ПЭТ и теплового индек-
са PMV
PMV ПЭТ, °C Тешюощущение Степень физиологического стресса
-3,5 ниже 4 очень холодно экстремальный холодовой стресс
-2,5 - -3,5 8-;-4 холодно тяжелый холодовой стресс
-1,5 - -2,5 13-5-8 прохладно умеренный холодовой стресс
-0,5 + -1,5 18 » 13 слегка прохладно слабый холодовой стресс
0,5 - -0,5 23 18 комфортно возможен комфорт
1,5 - 0,5 29 -23 тепло низкая тепловая нагрузка
2,5 - 1,5 35-5-29 очень тепло умеренная тепловая нагрузка
3,5 - 2,5 41 35 жарко сильная тепловая нагрузка
3,5 выше 41 очень жарко экстремальная тепловая нагрузка
- 206 -
Еще один интересный, на наш взгляд, биоклиматический по-
казатель содержится в стандарте ISO 7730/94. Этот показатель
отличается от других тем, что используется для оценки воздей-
ствия турбулентности на условия комфортности и применяется
для определения комфортности людей, находящихся в состоя-
нии покоя (отдыхающих) в летнее время (рис. 11.5).
Температура воздуха, град. С
Рис. 11.5. Допустимая скорость ветра в зависимости от интенсивно-
сти температуры воздуха и турбулентности воздушного потока [115]
Как показано выше, в мировой практике используется целый
ряд биоклиматический индексов, описывающих тепловое состо-
яние организма человека. У каждого из этих индексов есть свои
достоинства и недостатки, ограничивающие их область приме-
нения. В связи с этим Международным биометеорологическим
обществом (ISB), основанным ЮНЕСКО в 1956 году, создана
комиссия для разработки при участии В МО И ВОЗ «универ-
сального теплового климатического индекса (UTCI)», который
должен максимально объективно описывать механизмы термо-
регуляции и теплообмена как в условиях сильного охлаждения,
так и в условиях перегрева и применяться без ограничений для
любых климатических поясов, во всех регионах, во все сезоны
года, в любом пространственном масштабе и, что самое главное,
для решения любой биоклиматической задачи — от использова-
ния в прогнозах погоды для широкой публики до решения за-
дач планировки и застройки городов. Единственные упрощения,
которые будут допускаться при применении этого индекса — это
предположение о достижении устойчивого состояния процессов
теплообмена и теплопродукции и расчет на некий осредненный
по возрастным и антропометрическим характеристикам орга-
низм. К сожалению, до настоящего времени работа над этим по-
казателем еще не доведена до конкретных результатов.
- 207 -
Глава 12
Индексы экстремальных климатических воздействий
Большинство комплексных биоклиматических показателей, о J
которых шла речь выше, разрабатывались для оценки степени ?
комфортности или отклонений от комфортных микроклимата-,
ческих условий внутренней среды зданий или открытых про- ,
странств. Очевидно, что, исходя из целей их разработки, они не.
в состоянии адекватно «работать» на концах диапазонов значе-.
ний всех микроклиматических условий, которые могут встре-
чаться в реальных погодных условиях, особенно в странах с эк-;
стремально жарким или холодным климатом.
В биометеорологии и климатологии для ряда регионов с эк-
стремальными климатическими условиями (Заполярье, пустыни
Средней Азии) вопрос о комфортности условий наружной сре-
ды вообще не рассматривается. Гигиеническая и, соответствен-
но, архитектурно-климатическая задачи для таких районов ста-
вятся исходя из оценки степени опасности погодных условий,
для здоровья и жизни человека. В связи с этим в практике обес-
печения жизнедеятельности населения вне зданий разработаны
и широко применяются индексы оценки экстремальности мик-
роклиматических условий — индексы холодового стресса (обмо-
рожения) и теплового удара (перегрева).
12.1. Индексы холодового стресса и ветрового охлаждения
Одним из основных способов теплоотдачи организма в окру-
жающее пространство является конвективный теплообмен. Его зна-
чение существенно возрастает по сравнению с другими способами
отдачи тепла (тепловое излучение, испарение пота) с увеличением
скорости ветра и разницы температур между поверхностью кожи и
температурой наружного воздуха (ее отрицательных значений).
Так, согласно И.А. Арнольди [6; 7], каждый метр скорости ветра
можно условно приравнять к понижению температуры на 2е'С [47].
Понятие ветрового охлаждения (ВО) основано на сопоставлении
конвективных потерь организма людей при ветреных условиях
внешней среды с температурой неподвижного воздуха, при кото-
рой конвективная теплоотдача имеет то же значение. Этот подход .
позволяет использовать индекс ВО для получения представления
о том, каково будет усиление ощущения холода в реальных усло-
виях по сравнению с ощущением холода от воздействия воздуха
той же температуры, но не имеющего относительной скорости дви-
жения (скорости движения относительно человека). При исполь-
- 208 -
зовании индексов ВО очень важно помнить, что ветер не может
привести к охлаждению человека (или иного охлаждаемого объек-
та) до температуры ниже температуры непосредственно самого на-
ружного воздуха. Увеличение скорости ветра может лишь сокра-
тить время остывания тела до этой температуры.
Впервые индекс ВО был предложен майором американской
армии Полом Сайплом и географом Чарльзом Пасселом во вре-
мя их совместной зимовки в Антарктике в 1941 году. Для экспе-
риментального определения воздействия ветра на скорость ох-
лаждения ими использовались сосуды с водой, размещенные при
одинаковых температурах в защищенном от ветра помещении и
на открытом воздухе под воздействием ветра. Эксперименты
выполнялись в диапазоне температур воздуха от -9 до -56°С и
скоростей ветра от 0 до 12 м/с. Численно исходный индекс Сай-
пла и Пассела выражается в виде [23]:
Н* - (10,45 + 1OV0’5 - V) х (33 - Т°н) (12.1)
и характеризует теплопотери единичного открытого участка
кожи Н* (Вт/м2) при температуре кожи +33°С или средневзве-
шенной температуре тела 33,6°С в зависимости от разности этих
температур и температуры наружного воздуха Т°н (°C) и скоро-
сти ветра V (м/с). По индексу Н* теплоощущение оценивается
по следующим категориям: менее 0,7 — прохладно; 1,2 — очень
холодно; 3,0 — невыносимый холод.
Используемые в различных странах индексы ВО, в основ-
ном, являются производными от индекса Сайпла и Пассела
[138], предложенного еще в 1945 году. В результате к настояще-
му времени наибольшее распространение получили 2 индекса:
индекс национальной службы погоды («National Weather service,
NWS») США и метеорологической службы Канады («Meteorolo-
gical Service of Canada, MSC»). Оба эти индекса разработаны, в
основном, с целью метеорологического обеспечения находящих-
ся в экстремально-холодных условиях экспедиций, армейских
подразделений и производства строительных работ.
Однако существенный недостаток индексов NWS и MSC, о
котором все чаще говорят сейчас, состоит в том, что оба они пре-
увеличивают роль ветра как охлаждающего фактора. В резуль-
тате при использовании этих индексов происходит переоценка
холодового воздействия условий внешней среды и, как след-
ствие, выполняются излишние действия по защите от этого воз-
действия, особенно в экстремально низком диапазоне темпера-
тур при высоких скоростях ветра.
Исследования по определению индекса ВО выполнялись и в
СССР [2; 84; 93]. Преимущество введенного Адаменко и Хай-
- 209 -
руллиным индекса «приведенной температуры (Тпр)» перед за-
рубежными аналогами состояло в том, что он учитывал эффект
радиационного нагревания поверхности. В численном виде Т„п .
ИР .
выражается следующим образом: / м
Тпр = Т - 8,2V0'5 + 2,5Во/(О,О4 + 0/01 (ev)°-33), (12.2)
где: Т — температура воздуха; V — скорость ветра; Во — радиа- :
ционный баланс поверхности тела, смягчающий холодовой дис-
комфорт при достижении определенной величины обогрева лица
и рук человека. При Т = 0°С и штиле Тпр = -10°С; при скорости
ветра 4 м/с Тпр = -26,4’С; при скорости ветра 9 м/с-34,6*0 .
и т.д. С учетом Во оценки теплоощущения холода при тех же
параметрах наружной среды несколько снижаются.
В связи с этим Адаменко и Хайруллиным были определены
пороговые значения приведенной температуры, соответствующие :
установленным гигиеническим нормам пребывания людей на от-
крытом воздухе в условиях Арктики (табл. 12.1), а также выпол-
нено районирование территории бывшего СССР по степени дис-
комфорта зимнего периода (рис. 12.1). Интересно отметить, что, по
данным отечественных авторов, пороговое значение температуры,
при котором необходим регулярный (не реже 1 раза в час) обогрев
человека в теплом помещении составляет -28°С, что совпадает с
пороговым значением американского индекса NWS -28,8’С, счита-
ющимся опасным для замерзания человека на открытом воздухе.
Еще одним достижением отечественных ученых стало то, что
им удалось показать, что ни акклиматизация, ни адаптация к по-
годным и климатическим условиям не снижают пороговое значе-
ние температуры -23,3°С, при которой наступает обморожение
открытых участков кожи. Скорость ветра при этом лишь влияет
на скорость наступления этого момента — чем выше скорость, тем
быстрее наступает обморожение. Причем никакое поглощение
солнечной радиации в пределах ее естественных значений также
не снижает этого порога температуры обморожения.
Таблица 12.1. Гигиенические нормы и пороговые приведенные
температуры в условиях зимы на территории бывшего СССР
Гигиенические рекомендации Приведенная температура (°C)
Необходимо обогревание в теплом помещении каждые 45—50 минут -28
Сокращение пребывания против обычного на 30% -38
Полное прекращение пребывания на открытом воздухе -42
- 210 -
Рис. 12.1. Районирование территории бывшего СССР по степени дис-
комфортности холодного периода по KILL Хайруллину [23]:
а — границы районов, б — границы подрайонов, в — границы подрайо-
нов, проведенные приблизительно, г — высокогорья. Цифрами обозна-
чаются: от I до V возрастание дискомфортности из-за воздействия хо-
лода, от 1 до 4 — из-за воздействия ветра
С точки зрения теории современной биоклиматологии, недо-
статком всех перечисленных индексов ветрового охлаждения яв-
ляется и их чисто «эмпирическое» происхождение. Основанные
на предположении, что температура поверхности кожи должна
оставаться на постоянно высоком уровне, они не учитывают лу-
чистый и конвективный потоки тепла как самостоятельные про-
цессы теплообмена и теплозащитные свойства кожных покровов
и одежды. Для приведения этой ситуации к современному науч-
но-техническому уровню в 2000 году под эгидой НОАА и мини-
стерства торговли США была создана международная «группа
совместных действий по температурным индексам JAG/TI)». В
задачи этой группы входила разработка нового универсального
индекса ветрового охлаждения, который.удовлетворял бы следу-
ющим критериям:
— использование значений скорости ветра не на высоте стан-
дартных метеорологических наблюдений (10—12 м), а на высоте
человеческого лица (1,5 м);
— использование модели лица человека;
— индекс должен основываться на современной теории теп-
лопереноса (моделирование теплопотерь тела под воздействием
холода и ветра);
- 211 -
— индекс должен использовать модель человека, находяще- j
гося в движении со скоростью 4,8 км/час; 1
— индекс должен использовать единый стандарт по тепло- j
проводности кожных покровов; j
— индекс должен исходить из максимально неблагоприятной .1
ситуации — полное отсутствие солнечной радиации (ночь, безоб- *
лачно). i’
Результатом работы группы JAG/TI явились разработка
численного алгоритма нового индекса ветрового охлаждения ,
(индекс WCTI) и построение с его помощью табличных «карт ;
ветрового охлаждения» (табл. 12.3}. Эти карты были постро-
ены для определения 5%-й вероятности наступления обморо- ’
жения открытых участков кожи при их экспозиции при ох- |
лаждающих условиях 30 минут. Дополнительно было рассчи-
тано время наступления обморожения при различных сочета-
ниях реальных значений температуры воздуха и скорости вет-
ра (табл. 12.2}.
Численное выражение алгоритма определения WCTI имеет
следующий вид:
WCTI = 13,12 + 0,6215Т - ll,37V0,16 + 0,3965TV0,16, (12.3)
где: Т — температура воздуха, °C; V — скорость ветра на высоте
флюгера, км/час.
Таблица 12.2. Время наступления обморожения открытых участ-
ков кожи с вероятностью 5%, мин.
Скорость ветра, м/с Температура воздуха, °C
штиль -12,2 -15,0 -17,8 -20,6 -23,3 -26,1 -28,9 -31,7
2,2 >120 >120 >120 >120 31 22 17 14
4,5 >120 >120 >120 28 19 15 12 10
6,7 >120 >120 33 20 15 12 9 8
8,9 >120 >120 23 16 12 9 8 8
11,2 >120 42 19 13 10 8 7 6
13,4 >120 28 16 12 9 7 6 5
15,6 >120 23 14 10 8 6 5 4
17,9 >120 20 13 9 7 6 5 4
20,1 >120 18 12 8 7 5 4 4
22,4 >120 16 И 8 6 5 4 3
- 212 -
Таблица 12.3. Карта значений индекса ветрового охлаждения (WCTI)
Значения индекса охлаждения
V, м/с Температура (°C)
0,0 4,4 1,7 0,0 -1,1 -3,9 -6,7 -9,4 -12,2 -15,0 -17,8 -20,6 -23,3 -26,1 -28,9 -31,7
2,2 2,2 -0,6 -2,8 -3,9 -7,2 -10,6 -13,9 -17,2 -20,6 -23,9 -26,7 МД йВлЖп!и
4,5 1,1 -2,8 -4,4 -6,1 -9,4 -12,8 -16,1 -20,0 -23,3 @|й1 МИМ Ииз
6.7 0,0 -3,9 -5,6 -7,2 -10,6 -14,4 -17,8 —21,7 -25,0 |®|Й! -32,2 sSsissFO ям УЛ a j.y.y W: SM »,<©•*
8,9 -1,1 -4,4 -6,7 -8,3 -11,7 -15,6 -18,9 -22,8 Мйй 'Ж -30;0 Вж ияв gill - ЯВ1 1 №
11,2 -1,7 -5,0 -7,2 -8,9 -12,8 -16,1 -20,0 -23,9 НИ 8»
13,4 -2,2 -5,6 -7,8 -9,4 -13,3 -17,2 -20,6. -24,4 -28,3 -36,1 Яг
15,6. -2,2 -6,1 -8,3 -10,0 -13,9 -17,8 -21,7 -25,6 -32,8 и и
17,9 -2,8 -6,7 -8,9 -10,6 -14,4 -18,3 -22,2 -26,1 жм
20,1 -3,3 -7,2 -9,4 -11,1 -15,0 —18,9 -22,8 -26,7 ggjjgi
22,4 -3,3 -7,2 -10,0 -11,1 -15,6 -19,4 -23,3 -27,2 им ня
24,6 -3,9 -7,8 -10,0 -11,7 -15,6 -19,4 -23,9 Ййй IHI И 'ШЛ
26,8 -3,9 -8,3 -10,6 -12,2 -16,1 -20,0 -23,9
обморожение наступает через: л-. :Ч:</. • н Е ' Й
12.2. Индекс теплового удара
Излишняя тепловая нагрузка, встречающаяся в странах с
жарким климатом, а в летнее время — в странах с умеренным,
особенно — континентальным климатом, также представляет со-
бой угрозу для состояния здоровья человека, находящегося на
открытом воздухе. Вероятность получения «теплового удара»
особенно высока в городской среде, где фоновый уровень тем-
пературы воздуха повышается, а скорость ветра понижается по
сравнению с открытой местностью. Более того, как ожидается,
изменения климата приведут не только к повышению средней
глобальной температуры воздуха, но и к увеличению повторяе-
мости «волн жары» в летнее время с соответствующим возрас-
танием подобной угрозы для здоровья населения [112].
Актуальность применения индекса жары в России и, в част-
ности, в Москве, отличающейся выраженной континентальностью
климата, очевидна, поскольку даже в странах с гораздо более мяг-
ким климатом перегрев и переохлаждение лидируют среди всех
причин смертности, обусловленной погодными условиями. На-
пример, в США, по данным национальной службы погоды, за
1991—2000 годы от перегрева ежегодно погибает больше людей,
чем от ураганов, торнадо и наводнений вместе взятых (рис. 12.2).
Ураганы (2,79%)—.
Переохлаждение (5,58%)— I
Гололедные явления (1
Пожары (10,76%)
Торнадо (11,35%
Наводнения (17,73%)
Рис. 12.2. Структура смертности от погодных явлений в США
Другим показательным примером в этом отношении служит
печально известное лето 2003 года в Европе, когда в августе от
«волны жары», наблюдавшейся с 4 по 13 августа, только во
Франции от теплового удара умерли 14802 жителя, причем
6000 — всего за три дня с 11 по 13 августа. Как сообщал ежене-
дельник «Журналь дю диманш», на пике жары в Париже брига-
ды спасателей выносили из домов до 200 трупов в сутки. Темпе-
ратура воздуха днем держалась на отметке +35°С, а ночью опус-
калась до +28—30°С.
- 214 -
Ущерб, нанесенный другим странам, также оказался весьма
значительным. От теплового удара в Великобритании погибли
около 2000 человек, в Португалии — 1316 чел. В целом в стра-
нах Европы, подвергшихся воздействию этой погодной анома-
лии (Италия, Германия, Голландия и др.) от теплового удара, по
данным ВМО, скончались 35000 чел. Вероятность такой погод-
ной аномалии составляет не более 2 раз в столетие, т.е. она на-
столько низка, что не учитывается никакими нормами планиров-
ки и застройки ни в России, ни за рубежом.
Для оценки совместного воздействия температуры воздуха и
его влажности на организм человека в мировой практике ис-
пользуется так называемый «индекс жары (heat index)». Индекс
жары (ИЖ) выражается в градусах температуры, которую ощу-
щает человек, когда к тепловому воздействию температуры на
организм добавляется воздействие влажности воздуха. В каче-
стве «опорного значения» ИЖ принята температура сухого воз-
духа при скорости ветра 0,2 м/с и менее. Для определения ИЖ,
также как рассмотренного ранее индекса температуры ветрового
охлаждения WCTI, используется «карта», составленная по дан-
ным экспериментальных исследований реакций и ощущений
людей в климатических камерах (табл. 12.4). В различных стра-
нах (например, в США и Канаде) значения ИЖ могут несколь-
ко отличаться в силу особенностей референтных групп, в пер-
вую очередь, адаптации к местным климатическим условиям.
Для определения ИЖ в левой колонке таблицы находится
значение фактической температуры, затем выполняется смеще-
ние по соответствующей строке до необходимого значения от-
носительной влажности. Значение в найденной ячейке соответ-
ствует «ИЖ». При прямом солнечном воздействии значение
ИЖ должно увеличиваться на 9,5°С.
При применении ИЖ необходимо учитывать, что он опреде-
лялся для людей среднего возраста и средней комплекции, находя-
щихся в состоянии относительного покоя (спокойно лежа, сидя).
В реальных условиях, когда человек на открытом воздухе соверша-
ет какие-либо действия, ощущение жары может усиливаться под
воздействием метаболического выделения тепла. Кроме того, сле-
дует учитывать, что начиная с некоторого значения ИЖ, увеличе-
ние скорости ветра перестает оказывать охлаждающий эффект и не
приносит чувство облегчения от жары. Оба эти обстоятельства ак-
туальны как для людей, выполняющих работу в жарких условиях
на открытом воздухе в силу своих профессиональных обязанно-
стей, так и для простых горожан, использующих открытые про-
странства для активных видов рекреации и занятий спортом.
- 215 -
Таблица 12.4. Значения ИЖ при различных сочетаниях темпе-
ратуры и влажности воздуха и их воздействие на организм че-
ловека
Значения теплового индекса Температура (°C) и относительная влажность (%)
С 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80%
46,1 43,3 40,6 37,8 35,0 32,2 29,4 26,7 23,9 43,9 40,6 37,8 35,0 32,2 29,4 26,7 23,9 21,1 46,1 42,2 38,9 36,1 32,8 30,0 27,2 24,4 21,7 48,9 44,4 40,6 37,2 33,9 30,6 27,8 25,0 22,2 52,8 47,2 42,8 38,3 34,4 31,1 28,3 25,0 22,2 57,2 50,6 45,0 40,0 35,6 32,2 28,9 25,6 22,8 61,7 54,4 47,8 41,7 36,7 32,8 29,4 26,1 22,8 66,1 58,3 50,6 43,3 38,3 33,9 30,0 26,1 23,3 61,7 53,9 46,1 40,0 35,0 30,6 26,7 23,3 66,1 57,2 48,9 41,7 35,6 31,1 27,2 23,9 61,1 52,2 43,3 36,7 31,7 27,2 23,9 65,0 55,6 45,6 37,8 32,2 27,8 24,4 57,8 48,3 38,9 32,8 28,3 24,4 62,2 51,1 41,1 33,9 29,4 25,0 54,4 42,8 35,0 30,0 25,0 57,8 45,0 36,1 30,0 25,6
Характер теплового воздействия
значение индекса Возможное расстройство здоровья у чувствительной части населения
54,5 и выше тепловой/солнечный удар
40,5—54,5 солнечный удар, спазмы сосудов от перегрева имеющие высокую вероятность, при длительном воздействии или физической активности
32-40,5 возможны солнечный удар, спазмы сосудов от перегре- ва при длительном воздействии или физической актив-: кости
26,7—32 возможно переутомление при длительном воздействии и/или физической активности
Существенным недостатком ИЖ является неучет влияния на
состояние теплового баланса тела человека метаболического теп-
ловыделения, теплозащитных свойств одежды, радиационной
температуры и скорости воздушного потока.
В связи с этим перед «группой совместных действий по тем-
пературным индексам (JAG/TI)», о которой говорилось выше,
была также поставлена задача разработки нового индекса, удов-
летворяющего следующим характеристикам:
— наличие географической универсальности, для использо-
вания при прогнозах погоды с учетом уровня акклиматизации
населения;
— учет влияния смога как отдельного компонента;
— численное выражение в °C или °F;
— учет суточного хода температур;
— использование в качестве исходных данных температуры
и влажности воздуха, солнечной радиации и скорости ветра;
— не использование в качестве исходных данных каких-либо
других метеорологических параметров или событий (например,
влажности почвы или факта заблаговременного выпадения дож-
дя), как это делается в некоторых странах в настоящее время.
Частично эти вопросы учитываются в серии стандартов ИСО
(ISO 7243, 7933, 7730, 9886), касающихся требований и ограни-
чений к различным видам деятельности в перегревных услови-
ях, требований к самим условиям и способов их инструменталь-
ного измерения.
Например, стандартом ISO 7243 [114] для оценки теплового
стресса, вызываемого у человека перегревными условиями, пред-
лагается относительно простой в использовании индекс «смо-
ченного и шарового термометров» (wet bulb globe thermometer,
WBGT), который для условий наружной среды при воздействии
солнечной радиации имеет вид:
WBGT = 0,7tnw + 0,2tg + 0,lta, (12.4)
где: tnw — температура смоченного термометра; tg — температу-
ра черного шарового термометра диаметром 150 мм; ta — темпе-
ратура воздуха, °C.
За «опорное» принимается значение WBGT, соответствую-
щее максимальной ректальной температуре 38 °C (табл. 12.5)
при различных видах деятельности. Стандарт применяется к
людям, одетым в легкую одежду (шорты, майки), практически
не препятствующую испарению пота с поверхности тела, по-
скольку, как видно из уравнения (12.4), максимальное значение
при определении тепловой нагрузки (70%) имеют показания
смоченного термометра, зависящие от скорости испарения.
На наш взгляд, индекс WBGT имеет преимущества перед ин-
дексом WCTI и наиболее приемлем для целей архитектурно-кли-
матического анализа, поскольку определяет допустимую тепловую
нагрузку на организм, не приводящую к нарушениям в состоянии
здоровья людей в течение длительного времени воздействия внеш-
них условий. Это отвечает задачам нормирования параметров сре-
ды для всех видов рекреации (тихий отдых, прогулки, занятия
спортом) и для людей, постоянно работающих на открытом возду-
хе в силу своих профессиональных обязанностей. Отметим также,
что значение этого индекса сравнительно легко определяется пу-
тем прямых измерений (тремя типами термометров) и не требует
использования специального программного обеспечения.
- 217 -
218
Таблица 12.5. Допустимые значения индекса WBGT (°C) для различных уровней физической нагрузки [114]
Метаболиче- ское тепло- выделение, Вт/м2 Соответствующая физическая активность (по ISO 7730) Значения WBGT для акклиматизированных лиц Значения WBGT для неакклиматизированпых лиц
менее 65 46 58 отдых лёжа отдых сидя 33 32
65-130 70 93 116 120 работа сидя (в офисе, дома, в школе, лаборатории) спокойные действия стоя (в магазине, лаборатории, на производстве) действия стоя средней активности (продавец, работа по дому) ходьба, скорость 2 км/час 30 29
130-200 140 165 ходьба, скорость 3 км/час ходьба, скорость 4 км/час, постоянная ручная работа средней тяжести 28 26
200-260 200 230 ходьба, скорость 5 км/час интенсивный труд, активные игры 25 при отсут- ствии движения воздуха 26 при ощути- мом движении воздуха 22 при отсут- ствии движения воздуха 23 при ощу- тимом движе- нии воздуха
более 260 260 максимальная физическая активность 23 при тех же условиях 25 при тех же условиях 18 при тех же условиях 20 при тех же условиях
Глава 13
Показатели ветрового комфорта
13.1. Методика оценки ветрового воздействия
Отдельные факторы внешней среды оказывают неблагопри-
ятное воздействие на организм человека не только при экстре-
мальных значениях комплексных биоклиматических показате-
лей, но и сами по себе, не зависимо от других микроклимати-
ческих параметров. В этой главе будет рассмотрено механиче-
ское воздействие ветра на человека с точки зрения пределов его
допустимых нагрузок без связи с другими климатическими па-
раметрами, в том числе температурой. Ветровое воздействие мо-
жет быть как просто негативным (раздражающим, мешающим
выполнять какие-либо действия), так и опасным для здоровья.
Для учета ветрового воздействия в условиях городской сре-
ды, где поле ветра имеет сложную структуру и непрерывно ме-
няющуюся динамику, напомним, как в общих чертах выглядит
обтекание воздушным потоком отдельных зданий и сооружений.
Циркуляционные механизмы, возникающие при обтекании воз-
душным потоком препятствий, в метеорологии называются «ди-
намической конвекцией».
Воздушный поток — ветер — возникает в атмосфере за счет
разности давления над различными участками земной поверхно-
сти относительно крупного масштаба. Такой ветер носит назва-
ние «градиентного». Приближаясь к препятствию (зданию), воз-
душный поток замедляется, создавая положительное давление
(зона подпора воздуха) с наветренной стороны и отрицательное
давление (ветровую тень) — с подветренной стороны. При этом
воздушный поток, обтекающий здание сверху и с боков, ускоря-
ется, компенсируя вызванное наличием здания уменьшение пло-
щади своего сечения. Разделение потока по вертикали происхо-
дит примерно на высоте 2/3 высоты здания (рис. 13.1). Если бы
здание располагалось в открытом пространстве, а не на рельефе,
разделение потока происходило бы по центру его наветренной
части. Вследствие инерции отклонившийся от своей изначаль-
ной траектории воздушный поток, обогнув здание, стремится
сохранить более или менее прямолинейную траекторию. Поэто-
му в пределах некоторого пространства с подветренной стороны
здания образуется зона отрицательного давления, имеющая при-
близительно треугольную форму. В этой зоне формируются мел-
кие воздушные вихри, движение воздуха носит турбулентный
характер. Наибольшее усиление ветра происходит в приземном
- 219 -
слое, особенно если здание расположено на открытом простран-
стве или окружено малоэтажной застройкой. Максимальные по- *
рывы ветра возникают вокруг углов наветренного фасада.
Турбулентность возникает в тех местах, где ламинарный по- i
ток отрывается от поверхности здания (зона отрыва). Возникно-
вение турбулентности можно ожидать не только с подветренной 1
стороны, но и у углов и кровли здания. Это происходит при обте-
кании любого препятствия, но чем оно выше, тем больше объемы
воздуха вынуждены его обтекать, и тем, следовательно, выше ско-
рость огибающего здание потока. При обтекании воздушным по- ..
током группы зданий процесс носит более сложный характер, од- j
нако основные закономерности при этом сохраняются. <
Рис. 13.1. Примеры обтекания зданий различной формы потоком воз-
духа
В результате вокруг зданий, особенно имеющих большие га-
бариты по высоте и ширине, формируется ветровой режим, от-
личный от ветрового режима окружающей территории, отличаю-
щийся повышенными скоростями ветра и образованием зон, где
ветер носит порывистый характер. Размер этих зон зависит от
размеров здания, скорости градиентного ветра и характеристик
шероховатости подстилающей поверхности, определяющих изме-
нение (сдвиг) скорости ветра с высотой. Даже при невысоких ско-
ростях градиентного ветра его усиление в приземном слое за счет
динамической конвекции бывает настолько сильным, что вызы-
вает неблагоприятные и опасные последствия для населения, на-
ходящегося на прилегающей к зданию территории, а в отдельных
случаях — и для окружающей застройки и зеленых насаждений.
Так, например, после строительства двух первых небоскребов
в известном деловом районе Токио Камаматсу-чо появились
- 220 -
довольно серьезные проблемы, связанные с изменением ветро-
вого режима на прилегающей территории [120]. До начала стро-
ительства территория была занята, в основном, 2—3-этажными
зданиями традиционной японской постройки — с использовани-
ем деревянных рам, обтянутых бумагой и тканью. От сильного
порывистого ветра рамы начинали так сильно вибрировать, что
возникла реальная угроза разрушения ограждающих конструк-
ций. В расположенных по соседству магазинах резко упало ко-
личество покупателей, так как добраться до них, а особенно уйти
потом, неся в руках покупки, стало затруднительно из-за силь-
ного ветра. На железнодорожной станции, расположенной в
600 м от этих небоскребов, пассажирам не всегда удавалось пой-
мать билетики, мгновенно улетающие от автоматов по их прода-
же, а иногда возникала опасность для людей быть сдутыми с
платформы под поезд отдельными порывами ветра. Резко воз-
росли запыленность воздуха и теплопотери существующих зда-
ний. Все это вынудило муниципальные власти Токио в 1976 году
ввести требование к проектировщикам всех новых зданий высо-
той более 6 этажей и общей площадью более 3 тыс. м2 на стадии
проекта выполнять прогноз изменения ветрового режима вокруг
них с учетом прилегающей застройки. В противном случае раз-
решение на строительство не выдавалось.
В этом примере раскрывается сразу весь комплекс проблем,
связанных с воздействием ветра на человека в городской заст-
ройке: влияние зданий, особенно больших, на ветровой режим;
локальное увеличение средней скорости ветра и его порывисто-
сти; воздействие обеих этих характеристик ветра как факторов,
ограничивающих те или иные виды деятельности населения на
открытых пространствах, а в отдельных случаях — угрожающих
здоровью людей. Независимо от значений остальных метеоэле-
ментов, с точки зрения воздействия ветра на здания, сооруже-
ния и людей, ветер имеет 3 основные характеристики: направле-
ние, среднюю скорость и порывистость.
Порывистость, т.е. скачкообразные усиления и ослабления
скорости, является одной из важнейших как с архитектурно-стро-
ительной, так и с биоклиматической точек зрения характеристи-
кой ветрового потока. Порывистость ветра возрастает с увеличе-
нием его средней скорости. Опасность порывистости ветра состо-
ит в том, что если к ветру, дующему с постоянной, пусть даже
высокой скоростью, можно привыкнуть, то порыв всегда содер-
жит элемент неожиданности. Пешеход при порывах ветра может
потерять устойчивость, вынужден хвататься за головной убор,
придерживать полы длинной одежды, «бороться» с зонтом и не
заметить из-за этого неожиданные препятствия на своем пути.
- 221 -
Особенно опасна порывистость для пожилых людей и детей, об-•!
ладаютих более низкой координацией движений и замедленной I
реакцией по сравнению с людьми среднего возраста. 1
Опасность порывов ветра заключается еще и в том, что их |
частота (частота турбулентных пульсаций) может совпадать с .|
резонансной частотой колебаний конструкций зданий, мостов и |
других сооружений, приводя к их разрушению. Порывистый ве- |
тер может раскачивать стволы и скелетные ветви крупных де-
ревьев, повреждая их. В результате могут пострадать находящи-
еся поблизости люди. ]
В условиях застройки интенсивность порывов воздушного
потока в направлении средней скорости обычно намного выше, 1
чем перпендикулярно ей. В возмущенном потоке воздуха харак- *
терная частота возникновения порывов, на которые приходится *
около */2 всей энергии турбулентных вихрей, в среднеплотной
застройке составляет 0,1 Гц (т.е. порыв возникает 1 раз в 10 се-
кунд). Вблизи высотных зданий частота порывов, как правило,
повышается до 0,5 Гц, что усиливает воздействие возмущенных '
потоков на человека.
Для характеристики порывистости воздушного потока ис-
пользуется соотношение q/U, где: q = [(и7)2 + (v')2]1/2; и' и v' —
величины горизонтальных составляющих отклонения скорости
ветра от среднего значения; U — средняя скорость воздушного
потока, м/с. Безразмерная величина q/U получила название ин-
тенсивности турбулентности и составляет для типичных го-
родских условий 0,3—1,4. При средней скорости ветра 3 м/с и
интенсивности турбулентности 30% воздушный поток по свое-
му воздействию эквивалентен ветру, дующему с постоянной ско-
ростью 6 м/с, т.е. в 2 раза более сильному ветру. Это обстоятель-
ство необходимо учитывать при размещении в зонах турбулент-
ности, особенно вблизи высотных зданий, таких элементов бла-
гоустройства как, например, детские площадки, скверы со ска-
мейками для отдыха, открытые кафе.
Из приведенного выше примера видно, что в зависимости от
скорости и порывистости, ветер может ограничивать свободу
действий на открытых участках городской застройки, особенно
в местах размещения высотных зданий. Для оценки этих огра-
ничений в мировой практике широко используются «критерии
ветровой комфортности». Остановимся на некоторых из них,
имеющих наиболее полное научное и практическое обоснование
и широкое применение.
Для оценки воздействия ветра на человека Лаусон и Пенвор-
ден [123] предложили свою версию известной шкалы Бофорта
(см. Главу 4), в которой сила ветра сопоставляется с механиче-
- 222 -
ским воздействием на людей (табл. 13.1}. Приведенные в табли-
це скорости ветра относятся к относительной высоте 1,75 м, т.е.
среднему росту пешеходов. Эти значения соответствуют степени
воздействия ветра на человека в течение 15 и 60 минут (для по-
стоянной скорости). Однако, как отмечается многими авторами
[99; 114; 134], такие же воздействия на людей могут оказывать ме-
нее сильные ветры, дующие с переменной скоростью (порывами).
Сравнительно подробно механическое воздействие постоянно-
го ветра на пешеходов было также изучено Мураками и др. [130;
131]. Этими авторами отмечается, что ветер, дующий с постоян-
ной скоростью 5 м/с, лишь слегка треплет волосы и полы одеж-
ды и ощущается лицом. При 10 м/с он может испортить причес-
ку и хлопает полами одежды, а сдуть человека может только ве-
тер, дующий с постоянной скоростью 25—33 м/с. Сравнивая эти
значения со значениями, приведенными в табл. 13.1, можно
прийти к выводу о том, насколько большое значение с точки зре-
ния механического воздействия имеет порывистость ветра.
Таблица 13.1. Шкала Бофорта по воздействию ветра на человека
№ по шкале Характеристика ветра Скорость ветра на высо- те 1,75 м Воздействие на человека
0 безветренно 0,0-0,1 —
1 неуловимые дви- жения воздуха 0,2-1,0 ветер практически не ощущается
2 слабый ветер 1,1-2,3 ветер чувствуется кожей лица
3 легкий ветер 2,4-3,8 треплет волосы, поднимает полы одежды, трудно читать газету
4 умеренный ветер 3,9-5,5 поднимает с земли пыль и бу- мажки, сильно треплет волосы
5 свежий ветер 5,6-7,5 сила ветра ощущается телом, возникает опасность потерять равновесие
6 сильный ветер 7,6-9,7 невозможно удержать зонт, ве- тер сильно треплет волосы, зат- руднено пешеходное движение, неприятный шум ветра в ушах
7 почти буря 9,8-12,0 практически невозможно пере- двигаться пешком
8 буря 12,1-14,5 невозможно двигаться вперед, трудно удержать равновесие стоя
9 сильная буря 14,6-17,1 ветер валит с ног
- 223 -
Воздействие ветра, дующего с порывами, также было иссле-
дование целым рядом авторов [114; 131 и др.]. Обычно такие
исследования проводятся в специально сконструированных,
аэродинамических трубах, где ветровой режим создается искус-1
ственно. Группу добровольцев просят при различных режимах ’
ветрового потока выполнить какие-либо действия — налить в
стакан воду, надеть верхнюю одежду, пройти некоторое рассто-
яние по прямой и т.д. При этом фиксируются субъективные
ощущения людей о том, насколько ветер мешает выполнению
этих действий. Разными исследователями получены примерно
одинаковые выводы о том, что порывистый ветер оказывает на
людей механическое воздействие, сходное с тем, какое оказы-
вает ветер, дующей с постоянной скоростью, в среднем, в 1,5 ;
раза большей.
Однако у порывов ветра есть и другое свойство, заключаю-=
щееся в эффекте их неожиданности. Поэтому, например, при
редких порывах человек может потерять равновесие во время
ходьбы при резком увеличении скорости воздушного потока до
15 м/с, прическа может растрепаться и полы одежды колышут-
ся при 5-секундном порыве ветра до 4 м/с, а неожиданный оди-
ночный порыв до 20 м/с может свалить с ног даже молодых и
здоровых людей (Боттема, 1993 г.). Таким образом, шкалу Бо-
форта, видоизмененную Лаусоном и Пенворденом, можно ис-
пользовать для ветра, дующего с порывами.
13.2. Критерии ветрового комфорта
Воздействие ветра не обязательно вызывает у человека на-
рушение ощущения комфорта. Боттема [100] предложил следу-
ющее определение понятия ветрового дискомфорта: «Ветровой
дискомфорт у пешеходов возникает, когда воздействие ветра ста-
новится таким сильным и ощущается настолько часто, что у
людей, испытывающих это воздействие, возникает раздражение,
и они предпринимают действия для того, чтобы избежать этого
воздействия».
Исходя из этого определения, критерий ветрового комфорта
должен содержать два показателя: порог скорости ветра и допу-
стимую частоту повторяемости (вероятности) его превышения.
Порог скорости ветра также включает в себя два показателя —
максимально допустимую скорость ветра и его порывистость.
Пороговое значение может быт выражено как [98]:
Ue = U + kxGu>Un, (13.1)
- 224 -
где: Ue — т.н. эквивалентная скорость ветра, U — средняя ско-
рость ветра; к — пиковый фактор, аи' — среднеквадратическое
отклонение скорости ветра (интенсивность турбулентности),
Un — пороговое значение скорости в приземном слое. Разными
авторами предлагаются различные значения Un и к. Большин-
ство этих значений основано не столько на инструментальном
изучении состояния комфортности, сколько на интуитивных
оценках ветрового воздействия.
Одним из наиболее детальных исследований в этом отноше-
нии является работа Ханта с соавт. [114], основанная на серии
экспериментов в аэродинамической трубе. Во время этих экспе-
риментов моделировались различные ветровые режимы и были
получены субъективные оценки ветрового дискомфорта более
чем 200 испытуемых. Полученные таким образом оценки были
положены как в основу принципов нормирования ветрового
комфорта, так и в конкретные значения пороговых скоростей Un
(табл. 13.2). Этими авторами предложено рассмотрение скоро-
сти ветра с двух позиций. Во-первых, комфортности как усло-
вия, не мешающего выполнению привычных действий, во-вто-
рых, условий безопасности, при которых воздействие ветра ста-
новится невыносимым.
Близкие значения критерия комфортности воздействия по-
рывистого ветра были получены и некоторыми другими иссле-
дователями. Например, Джексон [118] на основании уличного
опроса жителей нескольких городов Великобритании установил,
что при значении k = 1 они не испытывают дискомфорта при
ходьбе, если Ue не превышает 6 м/с.
В реальных городских условиях практически невозможно
добиться постоянного соблюдения условий ветровой комфорт-
ности. Поэтому в качестве дополнительного условия комфорт-
ности приходится вводить показатель допустимой вероятности
превышения порогового значения скорости. Допустимую веро-
ятность дискомфортных и опасных условий обычно выражают в
процентах от времени использования территории или количе-
стве часов за год, в течение которых допустимо превышение со-
ответствующих пороговых значений скорости. Максимальное
значение допустимой вероятности или количества часов на ка-
кой-либо территории города зависит от того, каким образом она
используется или будет использована. Например, для тротуаров
на примагистральных территориях пороговые значения и допу-
стимая частота их превышения намного выше, чем на площад-
ках отдыха внутри групп жилых домов.
- 225 ~
Таблица 13.2. Градации скоростей ветра по механическому воз-
действию на человека [114]
Ветровой режим Скорость ветра, м/с
Постоянная скорость ветра Комфортные условия, не мешающие привычным 6
действиям:
для ходьбы без затруднений 13-15
для безопасной ходьбы 20-30
Ветер с градиентом горизонтальной скорости (изменение скорости на 70% на расстоянии 2 м и менее)
Уверенное сохранение равновесия при ходьбе 9
Ветер угрожает безопасности при ходьбе (меньшее значение — для пожилых людей) 13-20
Порывистый ветер (применяется значение Ue с коэффициентом порывистости к = 3)
Комфортные условия, не мешающие привычным действиям 6
Большинство действий выполняются легко 9
Приходится контролировать свою ходьбу 15
Ветер угрожает безопасности при ходьбе 20
В наиболее полном объеме этот вопрос рассмотрен в работах
Лаусона и Пенвордена [122; 123; 134]. Интересно отметить, что
их исследования были начаты в связи с жалобами владельцев
магазинов, расположенных вблизи высотных зданий. В связи с
этим разработанные этими авторами критерии ветрового ком-
форта (пороговые значения и допустимая вероятность их пре-
вышения) получили название «критерии магазиновладельцев».
Одной из особенностей предложенной ими системы критериев
является то, что она имеет 2 аспекта. Во-первых, определяет до-
пустимую и предельную степень ветрового воздействия в при-
вязке к адаптированной шкале Бофорта (см. табл. 13.1) и оп-
ределяет допустимую повторяемость превышения ее баллов
(табл. 13.3), во-вторых, учитывает пиковые значения скорости
ветра при определении комфортных условий (табл. 13.4). За
счет удобства применения и широкого диапазона рассматрива-
емых значений пороговой скорости эти критерии, разработан-
ные около 30 лет назад, до сих пор являются наиболее приме-
няемыми во многих странах Европы. Пиковая скорость ветра в
табл. 13.4 принимается по уравнению 13.1 при значении пико-
вого фактора 2.68.
- 226 -
Таблица 13.3. Критерии допустимого ветрового воздействия, ус-
танавливаемые по шкале Бофорта
Использование территории Допустимое превышение пороговых значений
неприемлемо допустимо
Примагистральные территории и территории автостоянок 6% > В5* 2% > В5
Территории, где пешеходы переме- щаются по делам 2% > В5 2% > В4
Прогулочные пешеходные дорожки 4% > В4 6% > ВЗ
Остановки транспорта, площади и др. участки, где люди проводят время стоя 6% > ВЗ 6% > В2
Территории, примыкающие к входам в здания 6% > вз 4% > В2
Площадки для отдыха сидя 1%>ВЗ 4% > В2
* В5...В2 — сила ветра по шкале Бофорта^
Таблица 13.4. Критерии ветрового комфорта
Территория, условие Допустимая средняя скорость ветра, м/с Допустимая скорость в порывах, м/с Допустимая вероятность порывов, % от времени
Благоустроенная терри- тория для длительного пребывания 3,35 5,7 4
Территория, где люди находятся стоя 5,45 9,3 4
Участки движения пешеходов 7,95 13,6 4
Неприемлемые условия 13,85 23,7 2
Некомфортные условия все другие значения
Для целей проектирования городских открытых пространств
с учетом ветрового режима в Германии разработана своя систе-
ма критериев, определяющих допустимые скорости ветра с уче-
том вероятности повторения максимальных порывов, которая
учитывает повторяемость скорости ветра в порывах, но не учи-
тывает среднюю скорость ветра {табл. 13.5).
- 227 -
Таблица 13.5. Критерии оценки ветрового режима, используе-
мые в Германии [103]
Скорость ветра в порывах, м/с Допустимая повторяемость Ограничения по использованию территории для населения
< 6 > 6 макс. 5% отсутствие проблем комфортности, условия допустимы для парков, прогу- лочных зон, открытых кафе, игровых площадок
> 6 > 15 макс. 20% макс. 0,05% Допустимо для территорий с кратко- временным пребыванием населения (рекомендуемые параметры)
> 8 макс. 1% Допустимо для мест ожидания стоя, сидя (остановки общественного транс- порта, перроны и т.д.)
> 10 макс. 1% Допустимо для территорий с кратков- ременным пребыванием населения (обязательные параметры)
> 13 макс. 1% до 1% Допускается только вблизи углов зда- ний, а также на беговых дорожках
> 13 более 1% Неприятные, раздражающие условия, требуется ветрозащита
> 18 1% Недопустимые, опасные для людей условия
Таблица 13.6. Критерии ветрового комфорта по Изюмову и Дэ-
венпорту [116]
Вид деятельности на открытом пространстве . Скорость ветра, м/с, повторяемость:
1.5% 0,3%
Длительное пребывание, тихий отдых, посещение открытых кафе и т.д. Краткосрочная активность — ожидание стоя, пешеходный транзит территории, непродол- жительный отдых Пешеходные прогулки, ходьба Ходьба энергичным шагом 3,6 5,4 7,6 9,8 5,4 7,6 9,8 12,5
Опасные для пребывания людей условия 15 м/с с ностью вероят- > 0,02%
Дискомфорт — все прочие условия
Примечание: повторяемость скоростей выбрана следующим образом: 1,5;
0,3 и 0,02% — соответственно, один раз в неделю, месяц, год.
- 228 -
Нельзя также не остановиться на системе критериев ветро-
вого комфорта, предложенной Н. Изюмовым и А. Дэвенпортом
в 1975 году и широко применяющейся в США и Канаде
(табл. 13.6}. Эти критерии оценки ветровых условий также раз-
работаны по отношению к определенным видам деятельности на
открытых городских пространствах и основаны на частоте по-
вторяемости той или иной средней максимальной скорости вет-
ра. Такой подход удобен тем, что информация о значения раз-
личных скоростей ветра почти всегда доступна из стандартных
метеорологических наблюдений, в отличие от силы ветра в по-
рывах и частоте повторяемости порывов какой-либо определен-
ной скорости.
Систем оценки комфортности ветровых условий еще доволь-
но много [126; 130]. Свои системы критериев ветровой ком-
фортности существуют в Японии, Австралии, Китае и ряде дру-
гих стран. В связи с этим в конце XX века был поднят вопрос
об их унификации. Наиболее подробный сравнительный анализ
существующих критериев проведен Боттемой [99, 100]. В ре-
зультате выявлены как многочисленные совпадения этих крите-
риев, так и расхождения методического характера и количе-
ственных характеристик. В результате обобщений и сравнитель-
ного анализа Боттемой предложен универсальный критерий вет-
ровой комфортности для пешеходов. Условия для ходьбы счита-
ются дискомфортными, если:
Ue = U + аи > 6 м/с при Р = 15% и более. (13.2)
Опасными для ходьбы считаются условия, если:
U + Зои > 15 м/с (13.3)
или
U + Зси > 20 м/с. (13.4)
Выражение (13.3) относится к пожилым людям и инвалидам,
выражение (13.4) — ко взрослому физически здоровому населе-
нию. Максимальная допустимая повторяемость превышения
этих скоростей составляет 1 час/год или 0,1% от числа наблю-
дений [116].
Для остальных видов деятельности общепринятых междуна-
родных критериев пока не найдено.
- 229 -
13.3. Нормирование ветрового воздействия в МГСН
В России впервые критерии ветрового комфорта были вве-
дены в МГСН 4.04-94 «Многофункциональные здания и комп-;
лексы», вступившими в силу в 1999 году. В соответствии с эти-
ми нормами «... при проектировании комплексов, включающих,
в себя здания выше 40 м, необходимо выполнять проверку вет-
рового режима в пешеходных зонах для обеспечения комфорт-
ности пребывания людей в этих зонах при действии ветра». Од-,
нако, в отличие от предыдущих систем оценки ветрового воздей-
ствия, требования МГСН основаны не на средних или средних
максимальных скоростях ветра, а на скоростях его максималь-
ных порывов в зависимости от их повторяемости (табл. 13.7).
Насколько Москва попадает под действие действующих в
мировой градостроительной и архитектурно-строительной прак-
тике критериев ветрового комфорта, можно видеть из табл. 13.7.
По наблюдениям метеорологической обсерватории МГУ ежеме-
сячно наблюдаются порывы ветра со скоростью 10 м/с и более.
Таблица 13.7. Средняя и максимальная скорости ветра в поры-
вах (м/с) в Москве [78]
Характе- ристики Месяцы Среднее значение за год
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Средняя 3,1 3,0 2,9 2,9 2,6 2,5 2,3 2,3 2,6 3,0 3,0 3,1 2,8
Макси- мальная 16 12 12 12 12 10 10 10 10 12 12 12 16
Макс, порыв 22 19 20 21 21 28 18 21 21 25 23 21 28
Годы 1991 1998 1984 1982 1978 1984 1981 1988 1977 1982 1978 1995
Наибольшая средняя скорость максимальных порывов наблю-
дается в холодное время года (январь — 16 м/с), а абсолютный
максимум скорости в порыве (28 м/с) отмечен в июне. При обте-
кании ветром отдельных зданий и сооружений больших размеров
эти скорости могут возрастать в 2 и более раза, а вероятность по-
рывов с критическими скоростями ветра может составлять 1,5—2%.
Как указывается в МГСН 4.04-94, наибольшая скорость поры-
вов должна определяться на основе анализа метеорологических
данных в предполагаемом районе строительства и результатов
продувки модели комплекса зданий (микрорайона) в аэродинами-
ческой трубе, а частота их повторения — на основе метеорологи-
- 230 -
ческих данных в районе строительства. Применение этих требо-
ваний на практике почти невозможно, поскольку в нормах отсут-
ствуют указания о методике приведения показаний наблюдений
на метеостанциях к характеристикам ветрового режима в призем-
ном слое «района строительства», а сведения о частоте повторяе-
мости отдельных порывов определенной скорости по направлени-
ям не приводятся ни в климатических справочниках, ни в метео-
рологических бюллетенях. Не ясно также, как рассчитывается
«частота проявления» — относительно общего количества часов в
году или относительно продолжительности использования терри-
тории с какими-то определенными функциями? Например,
100 часов относительно общего числа часов в году (8760 часов)
составляет 1,14%, а не 10%, как это указано в таблице, а 1—2 по-
рыва в месяц, даже если продолжительность порыва составляет
1 час, за год в сумме дают, в среднем, 18 часов, а не 50.
Сравнение допустимых по МГСН 4.04-94 значений скорости
и вероятности (табл. 13.8) с другими аналогичными критериями
показывает, что отечественные требования к комфортности вет-
рового режима намного ниже, чем зарубежные. Так, например,
ветровые условия на территории, удовлетворяющей требованиям
критериев ветрового комфорта по МГСН 4.04-94, в соответствии
с критериями комфорта Лаусона и Пенвордена (см. табл. 133,
13.4) расценивались бы как «дискомфортные» и «неприемлемые».
Таблица 13.8. Рекомендуемые критерии ветрового дискомфорта
(МГСН 4.04-94)
Наибольшая скорость отдельных порывов, м/с Частота повторения, ч/год
6 100 (10% времени)
12 50 (1—2 раза в месяц)
20 5
25 1
В 2005 году в Москве были введены сразу два региональных
норматива, содержащих рекомендации по учету ветрового режи-
ма: МГСН 1.04-2005 «Временные нормы и правила проектиро-
вания планировки и застройки участков территории высотных
зданий-комплексов, высотных градостроительных комплексов в
городе Москве» и МГСН 4.19-2005 «Временные нормы и прави-
ла проектирования многофункциональных высотных зданий и
зданий-комплексов в городе Москве». В первом из них содер-
жатся следующие требования:
- 231 -
— при выборе объемно-планировочных решений высотной^
застройки и проектировании комплексного благоустройства уча- J
стков необходимо осуществлять оценку микроклиматических.'
показателей состояния воздушного бассейна. Следует обеспе- j
чить снижение ветровых потоков, возникающих у первых эта- 1
жей не только самого высотного здания, но и прилегающей за- j
стройки, а также создать рациональные условия аэрации здания; 1
— проектные решения по размещению высотных зданий, фор- .<
мирующих линию застройки вдоль автомагистралей, должны •
обеспечивать наилучшие условия рассеивания загрязняющих ве-
ществ, выбрасываемых движущимися транспортными потоками; ,
— при проектировании высотной застройки, размещаемой по •;
линии застройки вдоль автомагистралей, недопустимо формиро-
вание улиц «каньонного типа»:
— расстояние между высотными зданиями вдоль линии за-
стройки должно превышать их длину более чем в 10 раз;
отношение высоты здания к расстоянию, представленному
суммой ширины проезжей части и тротуаров, должно составлять
не менее 1,5;
— при точечном размещении высотных зданий в районах
сложившейся застройки не допускается увеличение значений по
повторяемости концентраций загрязняющих веществ, превыша- '
ющих установленные нормативы на качество воздуха.
На наш взгляд, эти требования имеют намного более рацио-
нальную формулировку, т.к. позволяют при оценке и прогнозе
изменения ветрового режима воспользоваться наиболее подхо-
дящими критериями, отвечающими перспективному функцио-
нальному назначению территорий, прилегающих к проектируе-
мым зданиям. Также предоставляется возможность выполнения
нескольких вариантов прогноза, в том числе прогноз других ме-
теоэлементов с учетом не только ветрового климата, но и совме-
стного влияния ветра и других микроклиматических параметров
на биоклиматические и санитарно-гигиенические характеристи-
ки территории на расчетный срок.
Требования, введенные в МГСН 4.19-2005 «Временные нор-
мы и правила проектирования многофункциональных высотных
зданий и зданий-комплексов в городе Москве» относятся к при-
легающим к высотным зданиям пешеходным зонам (табл. 13.9).
Они отличаются от требований ветровой комфортности, введен-
ных МГСН 4.04-94, тем, что допустимая продолжительность по-
рывов ветра со скоростью 6 м/с увеличена со 100 до 1000 часов в
год. Также исключена допустимая повторяемость порывов 25 м/с,
а условия допустимости повторяемости порывов 12 и 20 м/с при-
- 232 -
меняются не одновременно, а разнесены по «уровням комфорт-
ности». Эти требования имеют те же недостатки, что и требо-
вания МГСН 4.04-94. Так, например, ветер с порывами силой
20 м/с и характерным для плотной застройки пиковым коэффи-
циентом 2,68 [123] соответствует эквивалентной скорости ветра
12 м/с, что по адаптированной шкале Бофорта находится между
7 и 8 баллами (между «почти буря» и «буря»). Непонятно, как
такие условия можно определить как «комфортность», пусть даже
«третьей категории», по другим критериям оценки они относи-
лись бы к неприемлемым для пешеходов условиям.
На наш взгляд необходимо ужесточить требования ветрово-
го комфорта, содержащиеся в МГСН 4.04-94 и МГСН 4.19-2005
хотя бы для участков, прилегающих ко входам в здания, дав со-
ответствующие рекомендации по их применению.
Таблица 13.9. Критические скорости ветра и предельная продол-
жительность их проявления (МГСН 4.19-2005)
Уровень комфортности I II III
Критическая скорость, м/с 6 12 20
Предельная продолжительность проявления, час/год 1000 50 5
Москва не относится к числу городов с сильным ветром:
средняя месячная скорость в январе составляет 3,1 м/с, средне-
годовая — 2,8 м/с, т.е. ниже условно принятой в отечественной
архитектурной климатологии скорости 5 м/с, выше которой не-
обходима ветрозащита. Но при планировке территории следует
учитывать, что, во-первых, в застройке имеют место зоны усиле-
ния и ослабления ветра, а сам ветер характеризуется порывис-
тостью, которая возрастает с увеличением средней скорости вет-
ра. По данным наблюдений на метеостанциях Москвы при сред-
ней скорости ветра 5—10 м/с порывы составляют ±3 м/с, а при
скорости 11—15 м/с — ±5«-7 м/с. Соответственно, среднеквадра-
тическое отклонение (си) скорости составляет при средней ско-
рости 5—10 м/с — около 0,6 м/с, при скорости 11—15 м/с аи -
0,7 м/с. Аналогичные значения для си приведены в публикации
[56]. Согласно этому справочнику, среднегодовая аи для москов-
ских метеостанций составляет 0,3—0,4 м/с, изменяясь от 0,8 зи-
мой до 0,3 м/с летом. Соответственно, при коэффициенте поры-
вистости к = 2,68 эффективная скорость ветра Ue при средней
скорости ветра 5 м/с составляет, примерно, 6,2 м/с в среднем за
год. Это значение Ue для Москвы близко к пороговому значе-
нию условий комфортности для пешеходов (6 м/с), предложен-
- 233 -
ному рядом других исследователей [131], и может быть принято, i
за пороговые значения комфортности ветрового режима с допу- >
стимой вероятностью его превышения 15%.
13.4. Ветрозащитные экраны
Обязательным условием для эффективного снижения поры-
вистости ветра является частичная проницаемость (просвет-
ность) препятствий. В противном случае ветровой поток будет
огибать препятствия, еще более усиливаясь на их периферии.
Поглощенная препятствиями кинетическая энергия ветра может
трансформироваться в тепловую за счет внутреннего трения в
частях препятствий (в том числе в тканях деревьев). В случае с
колеблющимися элементами энергия порывов ветра превраща-
ется в потенциальную энергию отклоняющегося элемента, затем,
под действием силы тяжести, действующей на отклоненный эле-
мент, снова превращается в кинетическую энергию, но при этом
движение препятствия будет направлено навстречу порывам вет-
ра. Таким образом, можно говорить о некотором коэффициенте
использования энергии (КИЭ) потока (табл. 13.10).
Таблица 13.10. Эффективность ветрозащитных экранов [13]
Энергоемкие препятствия КИЭ Коэффициент просветности
Лесной массив 3-рядная лесополоса 1-рядная полоса деревьев Ветряная мельница 3-лопастной ветряной электродвигатель Искусственные преграды с колеблю- щимися элементами 0,9 0,85 0,7 0,6 0,4—0,6 0,3-0,5 0,98-1,00 0,9 0,6 0,4-0,6 0,01-0,05 0,3-0,5
Для снижения скорости ветра в приземном слое возможно
применение поглощающих энергию порывов препятствий — спе-
циальных конструкций или зеленых насаждений. Энергопогло-
щающие конструкции представляют собой искусственные пре-
грады с колеблющимися элементами. В отличие от городов, в
слабозаселенной местности в качестве ветропоглощающих пре-
град возможно использование ветряных электрогенераторов.
Выбор деревьев для целей ветрозащиты следует производить
(по данным [101]) с учетом их воздухопроницаемости, размеров
и продолжительности вегетационного периода (табл. 13.11) или
по их общеэкологическим характеристикам, приведенным в При-
ложении Ш.В.
- 234 -
Таблица 13.11. Ветрозащитные характеристики некоторых деревьев
Русское название Латинское название Коэффициент прозрачности кроны, % Распускание листьев* Опадание листьев Высота взрослого дерева, м Биологическая устойчивость в условиях Москвы
лето зима
Клен остро- листный Acer platanoides 5-14 60-75 Р С 15—25 Хорошо приспособлен к условиям Москвы
Клен красный Acer rubrum 8-22 63-82 С Р 20-35 Вымерзает
Клен сахарный Acer saccharinum 10-28 60-87 С С 20-35 Средне приспособлен к условиям Москвы
Клен сахаристый Acer saccharum 16-27 60-80 С Р 20-35 Средне приспособлен к условиям Москвы
Каштан конский Aesculus hippocastanum 8-27 73 С П 22-30 Хорошо приспособлен к условиям Москвы
Ирга канадская Amelanchier canadensis 20-25 57 П С 5-7 Кустарник, хорошо приспособлен
Береза повислая Betula pendula 14-24 48-88 С С-П 15-30 Хорошо приспособлена к условиям Москвы
Кария овата Carya ovata 15-28 66 24-30 Вымерзает
Катальпа великолепная Catapla speciosa 24-30 52-83 П 18-30 Вымерзает
Бук лесной Fagus sulvatica 7-15 83 П П 18-30 Вымерзает
См. продолжение
Продолжение табл. 13.11
Русское название Латинское название Коэффициент прозрачности кроны, % Распускание листьев* Опадание листьев Высота взрослого дерева, м Биологическая устойчивость в условиях Москвы
лето зима
Ясень пенсильванский Fraxinus pennsylvanica 10—29 70-71 с-п С 18-25 Хорошо приспособлен к условиям Москвы
Гледичия сладкая Gleditsia tricanthos inermis 25-50 50-85 с P 20-30 Вымерзает
Орех черный Juglans nigra 9 55-72 п С-Р 23-45 Средне приспособлен к условиям Москвы; редкий вид
Тюльпанное дерево Liriodcndron tulipifera 10 69-78 с-п С 27-45 В Москве всего два экземпляра; плохо растут, вымерзают
Ель колючая Picea pungens 13-28 13-28 27-41 Плохо переносит загрязненный воздух
Сосна веймутова Pinus strobus 25-30 25-30 24-45 Средне приспособлена к условиям Москвы; редкий вид
Платан кленолистный Platanus acerifolia 11-17 46—64 п с-п 30-25 Вымерзает
Тополь дельтовидный Populus deltoides 10-20 68 р с 23-30 Средне приспособлен к условиям Москвы
-
237
1 r — i
Тополь Populus tremuloides 20-33 P C 12-15 Средне приспособлен к условиям Москвы
Дуб белый Quercus alba 13-38 24-30 Вымерзает
Дуб красный Quercus rubra 12-23 70-81 П C 23-30 Средне приспособлен к условиям Москвы, хорошо растет только в парках
Липа мелколистная Tilia cordata 7-22 46-70 П P 18-21 Хорошо приспособлена к условиям Москвы
Ильм американский Ulmus americana 13 63-89 C C 18-24 Вымерзает
Лиственница сибирская Larix sibirica 25-30 70-81 C P 24-45 Хорошо приспособлена к условиям Москвы
Сосна обыкновенная Pinus silvestris 25-30 25-30 24-45 Хорошо приспособлена к условиям Москвы
Вяз шершавый Ulmus glabra 13 63-89 C C 18-24 Хорошо приспособлен к условиям Москвы
Дуб черешчатый Quercus robur 12-23 70-81 П П 23-30 Средне приспособлен к условиям Москвы
Ива белая Salix alba 14—24 48-88 C c 20-25 Средне приспособлена к условиям Москвы
Ива козья Salix caprea 5-14 48-88 C c 7-9 Хорошо приспособлена к условиям Москвы
См. продолжение
238
Продолжение табл. 13.11
Русское название Латинское название Коэффициент прозрачности кроны, % Распускание листьев* Опадание листьев Высота взрослого дерева, м Биологическая устойчивость в условиях Москвы
лето зима
Клен ясенелистный Acer negundo 8-22 63-82 С С 12-15 Хорошо приспособлен к условиям Москвы; быстро стареет
Рябина обыкновенная Sorbus aucuparia 14-24 48-88 С п 12-17 Хорошо приспособлена к условиям Москвы
Тополь бальзамический Populus sp. 10-20 68 Р с 23-30 Хорошо приспособлен к условиям Москвы; быстро стареет
Тополь черный Populus nigra 10-20 68 Р с 23-30 Хорошо приспособлен к условиям Москвы
Черемуха обыкновенная Padus racemosa 8-27 73 Р с-п 10-12 Хорошо приспособлена к условиям Москвы
Черемуха Маака Padus Maackii 8-27 73 С с-п 22-30 Средне приспособлена к условиям Москвы
Яблоня домашняя Malus domestica 14—24 48-88 с с 5-7 Средне приспособлена к условиям Москвы
Ясень обыкновенный Fraxinus exelsior 10-29 70-71 с-п с 18-25 Средне приспособлен к условиям Москвы, подмерзает
Примечание: сроки распускания и опадания листьев: Р — ранние; С — средние; П — поздние.
Приложения к части II
Приложение ПА
Значения теплоизоляции для типичных сочетаний предметов одежды (по ИСО 77-30/96)
Тип одежды Сочетание предметов одежды Теплоизоляция (Кло)
Брюки 1) Брюки, сорочка с коротким рукавом 2) Брюки, сорочка с длинным рукавом 3) Брюки, сорочка с длинным рукавом, пиджак 4) Брюки, сорочка с длинным рукавом, жилет, майка 5) Брюки, сорочка с длинным рукавом, свитер с длинным рукавом, майка 6) Брюки, сорочка с длинным рукавом, свитер с длинным рукавом, майка, пиджак, кальсоны 0,57 0,61 0,96 1,14 1,01 1,30
Юбки / платья 7) Юбка до колена, рубашка с коротким рукавом (сандалия) 8) Юбка до колена, рубашка с коротким рукавом, комбинация 9) Юбка до колена, рубашка с длинным рукавом, трусы, свитер с длинным рукавом 10) Юбка до колена, рубашка с длинным рукавом, трусы, пиджак И) Длинная юбка, рубашка с длинным рукавом, пиджак 0,54 0,67 1,10 1,04 1,10
Спортивная одежда 12) Шорты, рубашка с коротким рукавом 0,36
Рабочая рубаш- ка/комбинезон 13) Комбинезон с длинным рукавом, майка 14) Спецовка, рубашка с длинным рукавом, трусы 15) Воздухонепроницаемый комбинезон, кофта с длинным рукавом и кальсоны 0,72 0,89 1,37
См. продолжение
Продолжение табл.
Тип одежды Сочетание предметов одежды Теплоизоляция (Кло)
Атлетическая одежда Одежда для сна 16) Теплые шорты, теплая рубашка с длинным рукавом 17) Кофта-пижама с длинным рукавом и длинными шортами, короткий, на длины халат 0,74 0,96
Все виды сочетаний одежды включают в себя ботинки, ниж. белье, носки. Все комплекты, состоящие из платья или
юбки, включают в себя колготки.
240
Значение теплоизоляции для типичных сочетаний предметов одежды
(по ASHARE Handbook—Fundamentals, 2001)
Наименование одежды Ед. изм. (Кло) Наименование одежды Ед. изм. (Кло)
Нижнее белье Платья и юбки
Бюстгальтер 0,01 Тонкая юбка 0,14
Трусики 0,03 Теплая юбка 0,23
Мужские подштанники 0,04 Безрукавка с воротом (тонкая) 0,23
Майка 0,08 Безрукавка с воротом (теплая), т.е. джемпер 0,27
Трусы 0,14 Платье-рубашка с коротким рукавом (тонкое) 0,29
Кальсоны 0,15 Платье-рубашка с длинным рукавом (топкое) 0,33
Комбинация 0,16 Платье-рубашка с длинным рукавом (теплое) 0,47
Длинная кофта от пижамы 0,20
_ . - . .
241
Обувь Носки атлетические до лодыжки 0,02 Свитера Безрукавка-жилет (легкий) 0,13
Колготы/чулки 0,02 Безрукавка-жилет (теплый) 0,22
Сандалия/ плетенки 0,02 Свитер с длинным рукавом (тонкий) 0,25
Туфли 0,02 Свитер с длинным рукавом (теплый)
Коньки 0,03 Пиджаки и жилеты
Носки до икры, до щиколотки 0,03 Жилет без рукавов (тонкий) 0,10
Носки до колена (толстые) 0,06 Жилет без рукавов (плотный) 0,17
Ботинки 0,10 Однобортный пиджак (тонкий) 0,36
Сорочки и блузы Однобортный пиджак (теплый) 0,42
Безрукавка вязаная 0,13 Двубортный пиджак (легкий) 0,44
Рубашка вязаная спортивная с коротким рукавом 0,17 Двубортный пиджак (теплый) 0,48
Платье на пуговицах с коротким рукавом 0,19 Одежда для сна и халаты
Платье на пуговицах с длинным рукавом 0,25 Ночная сорочка без рукавов (тонкая) 0,18
Фланелевая рубашка с коротким рукавом 0,34 Ночная сорочка без рукавов длинная (тонкая) 0,20
Теплая рубашка с длинным рукавом 0,34 Больничный халат с короткими рукавами 0,31
Брюки и комбинезоны Короткий халат с короткими рукавами (тонкий) 0,34
Короткие шорты 0,06 Пижама с коротким рукавом (тонкая) 0,42
Шорты до колена 0,08 Длинная ночная сорочка с длинным рукавом (теплая) 0,46
Классические брюки (тонкие) 0,15 Халат короткий, теплый с длинным рукавом 0,48
Классические брюки (теплые) 0,24 Пижама с длинным рукавом (теплая) 0,57
Теплые трусы-шорты Брюки рабочие Комбинезон 0,28 0,30 0,49 Длинный халат с длинным рукавом (теплый) 0,69
Примечания: а — «тонкий» относится к предметам одежды, сделанным из тонкого материала, одежду из тонкого матери-
ала часто носят летом; «толстый (теплый)» относится к предметам одежды, сделанным из плотного, теплого материала,
изделия из теплого материала чаще носят зимой; б — платья и юбки, имеющие длину до колена
ж
Оценка теплоизоляции разных типов сочетаний одежды
Рабочая одежда Кло м2-К/Вт Ежедневная одежда Кло м2-К/Вт
Трусы, теплый костюм, носки, ботин- ки 0,70 0,110 Трусы, майка, шорты, тонкие носки, сандалии 0,30 0,050
Трусы, сорочка, брюки, носки, туфли 0,75 0,115 Трусы, короткая юбка, чулки, легкое платье с рукавами, босоножки 0,45 0,070
Трусы, сорочка, теплый костюм, нос- ки, туфли 0,80 0,125 Трусы, рубашка с коротким рукавом, легкие брюки, тонкие носки, туфли 0,50 0,080
Трусы, сорочка, брюки, пиджак, нос- ки, ботинки 0,85 0,135 Трусы, чулки, рубашка с коротким ру- кавом, юбка, сандалии 0,55 0,085
Трусы, рубашка, брюки, спецовка, носки, ботинки 0,90 0,140 Трусы, рубашка, легкие брюки, носки, туфли 0,60 0,095
Ниж. белье (майка с коротким рука- вом и подштанники короткие), ру- башка, брюки, пиджак, носки, туфли 1,00 0,155 Трусы, короткая юбка (надевается под платье), чулки, платье, туфли 0,70 0,105
Ниж. белье, сорочка, теплый костюм, носки, туфли 1,10 0,170 Ниж, белье, рубашка, брюки, носки, туфли 0,70 0,110
Ниж. белье (кальсоны и футболка с длинным рукавом), теплый костюм, носки, туфли 1,20 0,185 Ниж. белье, свитер, брюки, длинные носки, кроссовки 0,75 0,115
Ниж. белье (майка с коротким рука- вом и подштанники короткие), курт- ка, брюки, пиджак, носки, туфли 1,25 0,190 Трусы, юбка короткая, рубашка, гетры вязаные, сапоги 0,80 0,120
Ниж. белье (майка с коротким рука- вом и подштанники короткие), курт- ка, брюки, теплый рабочий комбине- зон, носки, ботинки 1,40 0,220 Трусы, рубашка, юбка, свитер с воро- том, вязанные теплые носки, ботинки 0,90 0,140
Ниж. белье (майка с коротким рукавом и подштанники короткие), рубашка, куртка, брюки, пиджак, носки, туфли 1,55 0,225 Трусы, трикотажная рубашка с корот- кими рукавами, рубашка, брюки, трико- таж с V-образпым воротом, носки, туф- ли 0,95 0,145
Ниж. белье (майка с коротким рука- вом и подштанники короткие), ру- башка, брюки, пиджак, носки, ботин- ки, сверху утепленный комбинезон 1,85 0,285 Трусы, рубашка, брюки, жакет, носки, туфли 1,00 0,155
Ниж. белье (майка с коротким рука- вом и подштанники короткие), ру- башка, брюки, пиджак, носки, ботин- ки, сверху утепленный комбинезон, перчатки, шапка 2,00 0,310 Трусы, чулки, рубашка, юбка, пиджак, жилет 1,00 0,155
Ниж. белье (кальсоны и футболка с длинным рукавом), теплый костюм, сверху теплые брюки и куртка (спе- цодежда), носки, ботинки 2,20 0,340 Трусы, чулки, блуза, длинная юбка, пиджак, туфли 1,10 0,170
См. продолжение
Продолжение табл.
Рабочая одежда Кло м2К/Вт Ежедневная одежда Кло м2-К/Вт
Ниж. белье (кальсоны и футболка с длинным рукавом), теплый костюм, куртка с капюшоном и с теплой под- стежкой, сверху комбинезон с теплой подкладкой, носки, ботинки, шапка, перчатки 2,55 0,395 Ниж. белье, трусы, майка, брюки, ру- башка, пиджак, носки, ботинки 1,10 0,170
Ниж. белье (кальсоны и футболка с длинным рукавом), рубашка, брюки, свитер с V-образным воротом, пид- жак, носки, ботинки 1,15 0,180
Ниж. белье (майка с коротким рука- вом и подштанники короткие), рубаш- ка, брюки, жилет, пиджак, длинные носки, туфли 1,30 0,200
Ниж. белье, майка, рубашка, брюки, жилет, пиджак, носки, ботинки 1,50 0,230
Часть III
АРХИТЕКТУРА И МИКРОКЛИМАТ
Глава 14
Общие принципы архитектурной климатологии
14.1. Роль климата в формировании
архитектурной среды города
Архитектура, или зодчество, — это искусство строить здания,
сооружения и их комплексы (в т.ч. города, населенные пункты)
для обслуживания социально-бытовых и идейно-художествен-
ных потребностей человека. В отличие от природной среды —
это среда, искусственно созданная человеком. При создании ар-
хитектурных произведений творческое, художественное начало
объединяется с научным знанием; искусство и наука, в частно-
сти — инженерная наука, техника, выступают как неразрывное
целое. Естественно, что зодчество связано со многими самостоя-
тельными научными направлениями. В то же время, как писал
Антонио Палладио в своих «Четырех книгах об архитектуре»:
«Будучи (подобно другим искусствам) подражательницей при-
роды, архитектура не терпит, чтобы какая-то ее часть была чуж-
да природе и далека от того, что свойственно природе».
В центре всех архитектурных построений городской среды и,
в частности, жилых образований, стоит человек, на поведение,
здоровье и удовлетворенность жизнью которого микроклимати-
ческие условия это11 среды оказывают самое сильное влияние,
так как здесь люди проводят основную часть своей жизни.
В городах и, особенно, в жилых кварталах следует использо-
вать все возможности для создания комфортных условий. В по-
нятие комфорта должны входить не только факторы, действую-
щие на организм человека активно, нередко агрессивно и, вслед-
ствие этого, уже подлежащие нормированию в существующей
нормативно-правовой базе по проектной подготовке строитель-
ства и дальнейшей эксплуатации зданий и территорий, но и
факторы, которые пока не имеют жестких нормативных регла-
ментаций, но воздействие которых на человека существенно
влияет на его здоровье, на состояние нервной системы. К таким
факторам относятся эстетические качества городской среды и
- 245 -
микроклимат как фактор, определяющий комфортность и безо--
пасность условий пребывания человека на открытых простран--’
ствах города.
Архитектура как среда, постоянно окружающая человека и*
на него воздействующая, играет не меньшую, а, по мнению-ряда-
специалистов, большую роль, чем медицина, которая хотя и при-
ходит к нам на помощь в критические моменты, но в целом не
может соперничать с зодчеством по степени воздействия на ус-
ловия жизни и творчества человека. Визуальное неудовлетворе-
ние городской средой, особенно жилой, может вызывать у лю-
дей раздражение и агрессивное состояние и является одной из
причин, способствующих психическим заболеваниям. Некоторые
формы невроза связаны с отсутствием необходимых условий
уединенности, ощущения комфорта и покоя. Не следует думать,
что только функциональная сторона архитектуры важна для здо-
ровья. Академик 3. Янушкевичус отмечал [45], что возможно-
сти эстетического воздействия на человека могут сыграть значи-
тельную роль в уменьшении дисритмии, способствующей разви-
тию неврозов, ишемической болезни, атеросклероза, гипертонии.
Вопрос о красоте застройки, об эстетике города непосред-
ственно связан с проблемой «микроклимат—архитектура?*. С од-
ной стороны, говорить об архитектуре, игнорируя ее эстетиче-
ское значение, было бы не правильно, поскольку красота —
неотъемлемая часть архитектуры. Известна «формула?* архитек-
туры как единства пользы, прочности и красоты. С другой сто-
роны, как будет показано ниже, вопросы улучшения микрокли-
мата непосредственно связаны с архитектурой города. Многолет-
ний отечественный и мировой опыт строительства городов и
жилой застройки свидетельствует о том, что отбор средств оп-
тимизации микроклиматических условий осуществляется проек-
тантами с учетом их эффективности и одновременно — с учетом
интересов эстетики застройки.
.Стремясь в первую очередь удовлетворить потребность в
жилье, в бывшем СССР было построено много озелененных го-
родских районов и поселков, много экономичных благоустроен-
ных квартир. Большинство из них были далеки от совершенства
в архитектурном отношении и не имели необходимого уровня
комфорта. Новая застройка велась однообразно и монотонно,
была потеряна индивидуальная художественная характеристика
новых городов и районов. Многократное повторение одинаковых
зданий происходило при полном игнорировании местных и гра-
достроительных условий, в том числе — природно-климатиче-
ских особенностей территории. Основная причина этих недо-
- 246 -
статков заключалась в примитивном понимании индустриализа-
ции массового строительства.
При проектной подготовке строительства в Москве большое
значение имеет исследование связи между архитектурой города
и микроклиматическими условиями. Этот аспект должен охва-
тывать и вопросы архитектурного проектирования и городской
среды, и особенности проектирования зданий с повышенными
требованиями к окружающей обстановке либо оказывающих на
микроклимат особенно сильное воздействие (высотное строи-
тельство). Формирование здоровой и эстетически полноценной
среды в Москве, как и в любом другом городе, невозможно без
учета природно-климатических условий, во все времена суще-
ственно влиявших на архитектуру отдельных зданий и плани-
ровку населенных мест и определявших их функциональные и
эстетические качества.
Индустриальное домостроение во многом лишало застройку
индивидуальных черт, приводило к однотипности зданий. Одна-
ко к концу 70-х—началу 80-х годов прошлого века стали настой-
чиво проявляться тенденции варьирования деталей в архитекту-
ре зданий индустриального производства, проводился поиск спе-
цифики архитектурного облика застройки в каждом городском
микрорайоне (в Москве — Тропарево, Ясенево, в Петербурге —
квартал № 28 Сосновой поляны, в Минске — «Зеленый луг»» и
др.). В этом процессе, помимо получения разнообразия архитек-
туры за счет применения разных архитектурных деталей, окраски
и чисто художественных композиционных приемов, определен-
ную роль играл учет местных природно-климатических условий.
Естественно, что необходимость учета влияния микроклима-
та на архитектуру застройки и отдельных зданий проявилась в
первую очередь в тех городах, где климатический фактор играл
особенно заметную роль, где его игнорирование было очевидной
недоработкой проектантов и строителей. Разработка теории ти-
пизации проектных решений и архитектурно-строительное нор-
мирование осуществлялись, главным образом, в Москве, поэто-
му и принимаемые решения в большей мере отвечали условиям
центральных районов страны, а их продвижение без соответству-
ющих корректировок в другие климатические зоны проводилось
под значительным административным нажимом из центра «во
имя экономии».
Это встречало вполне понятное сопротивление местных спе-
циалистов. В результате в целях улучшения положения были
созданы зональные проектно-научные институты в Ленинграде,
Киеве, Красноярске, Новосибирске, Алма-Ате, Тбилиси, Влади-
- 247 -
востоке. В этих регионах развернулось строительство городских
и сельских населенных мест, а климатическим и микроклимата- );
ческим особенностям территории было уделено достаточно боль- ;
шое внимание. Начала создаваться архитектура, отвечающая
климату северных и южных районов, а также микроклимату от-
дельных микрорайонов- городов. Застройка, характерная для хо-
лодного климата, появилась в Норильске, Мурманске, для теп-
лого — в Кишиневе, Киеве, Краснодаре, для жаркого — в Таш-
кенте, Навои, Алма-Ате, Тбилиси, Ереване, Баку.
Процесс развития зонального проектирования продолжался
полвека, в течение которого главным направлением работы уче- Ч
ных и проектантов было обоснование специфики архитектуры в J
разных зонах, где климат имел выраженные специфические или •!
экстремальные черты. Это, отчасти, объясняет тот факт, что в 1
Москве — «законодательнице мод» — вопрос о необходимости
как-то особо учитывать в архитектуре микроклимат остро не ста-
вился, поскольку уровень требований к биоклиматической ком-
фортности городской среды был не высок, а умеренно-континен-
тальный климат столицы в целом достаточно благоприятен для
проживания. Основное внимание обращалось, да и сейчас обра-
щается, на количество вводимой в эксплуатацию площади зданий.
Между тем знакомство с западноевропейским опытом пока-
зывало, что в умеренном климате, с одной стороны, можно и
нужно повышать комфорт проживания в жилищах и местах на-
хождения людей в открытой среде за счет соответствующих ар-
хитектурно-строительных приемов. С другой стороны — необхо-
димо предусматривать планировочные и архитектурные реше-
ния, делающие пребывание на территории городов безопасным
даже при метеорологических условиях редкой повторяемости
(сильная жара или холод, порывы ветра большой силы). В лите-
ратуре широко освещались примеры такого строительства, на-
пример, в Скандинавии: дома-башни с подвесными балконами,
которые исключали «мостики холода», в Кируне и ветрозащит-
ные дома в Сваппавара (Швеция, архит. Р. Эрскин), многоквар-
тирные подковообразные в плане, «солнцефокусирующие» жи-
лые комплексы в Хаммерфесте (архитекторы У. Аструп и Э. Хе-
лерн) и в Буде (Норвегия, архитекторы Н. Еллестад и А. Криш-
на), террасные многоступенчатые жилые дома на склонах в Грен-
ландии (Дания, архит. Л. Хегелунд), террасные 4-этажные жи-
лые дома в районе Рюккин (Норвегия, Осло) [45].
В настоящее время вопрос о необходимости улучшения го-
родской среды в Москве, в частности — микроклимата, сомне-
ний не вызывает. Рассматривая вопросы формирования микро-
- 248 -
климата в городской застройке Москвы необходимо учитывать
результаты исследований, проведенных 30—50 лет назад, и со-
временные методы математического моделирования изменений
микромасштабной циркуляции и других микроклиматических
параметров, широко используемые за рубежом. Опыт прошлого
ценен тем, что содержит значительный опыт натурных наблюде-
ний за микроклиматом, натурный анализ практики строитель-
ства 5—9-этажных зданий- Б силу ряда причин в Москве в пос-
ледние десятилетия таких исследований было проведено очень
мало. Особую актуальность учет изменения микроклиматиче-
ских условий и циркуляционных процессов в городской среде
приобрел с началом высотного строительства в Москве и ряде
других городов России.
14.2. Понятие «архитектурно-климатический анализ»
Архитектурно-климатический анализ проводится с целью ус-
тановления связей между архитектурой, под которой понимает-
ся искусство строить здания, сооружения и их комплексы, и
климатическими условиями, в которых объекты архитектуры
строятся или будут строиться, во время их проектирования. На-
уки, призванные раскрыть связи между климатическими усло-
виями и архитектурой зданий и градостроительных образований,
обычно называются «архитектурная климатология» и «градо-
строительная климатология». Навстречу им, со стороны метео-
рологии и климатологии, шло еще одно направление знаний о
климатических условиях городов — городская климатология,
изучающая климатические особенности на территориях городов
и вблизи отдельных зданий и сооружений. Эти науки, включая
строительную климатологию, дают проектанту (архитектору)
информацию о климате в районе проектирования, о климатиче-
ских факторах, их изменении во времени и пространстве, о ме-
тодах анализа климата в архитектурных целях и о том, как то
или иное проектное решение будет воздействовать на микрокли-
матическую обстановку.
Знания об учете климата в архитектурном проектировании
накапливались тысячелетиями с началом строительства людьми
укрытий от непогоды. В Европе одним из первых сформулиро-
вал идеи застройки городов согласно климату зодчий-ученый
Витрувий (I в. н.э.), которого по праву называют «первым кли-
матологом в архитектуре». Б Азии издревле известны правила
постройки жилища согласно местным условиям (фен-шуй и др.).
На архитектуру Азии влияли принципы восточных учений —
- 249 -
«инь и янь», трехчастного построения Вселенной (человек—
небо-земля) и др. На протяжении веков периодически появля-
лись предписания, закрепляющие знания людей о вредных и
полезных ветрах, о солнце, температуре и влажности воздуха,
осадках, запыленности, о теплых и холодных склонах гор, на ко-
торых надо строить по-разному [124].
В старину, хотя требования к учету климата для планировки
городов и для проектирования жилищ несколько различались,
не было острой необходимости говорить о наличии двух наук,
т.е. отдельно о градостроительной и архитектурной климатоло-
гии. Главной целью была защита человека, находящегося в жи-
лище и в городской среде, от неблагоприятных климатических
воздействий.
Архитектурная климатология, прежде всего, связана с про-
ектированием зданий — жилых, общественных, промышленных.
Однако здания находятся в городской среде, которая воздейству-
ет, во-первых, на микроклимат в зданиях, во-вторых, на сами
здания, на их конструкции, в-третьих, на человека, находящего-
ся возле зданий. Таким образом, микроклимат около зданий, в
так называемой придомовой зоне, является одновременно пред-
метом изучения как градостроительной, так и архитектурной
климатологии. Никакого противоречия в этом совпадении нет,
как нет и принципиальной разницы в методах изучения микро-
климата придомового пространства. В типологии зданий, в част-
ности, жилых, всегда изучались не только дома как таковые, но
и жилые группы, кварталы, формы застройки. Эти же элемен-
ты — часть градостроительной науки. Поэтому можно считать,
что градостроительная климатология и архитектурная климато-
логия имеют общий объект исследования — городские и придо-
мовые территории, изучение микроклимата которых особенно
важно, поскольку именно на этих территориях горожанин нахо-
дится ежедневно, здесь отдыхают дети и люди преклонного воз-
раста, здесь общаются и назначают встречи.
С ростом размеров городов, с развитием промышленности,
транспорта, с загрязнением городской среды, вызванным антро-
погенными факторами, естественно, возникла необходимость в
выделении науки, которая решала бы специфические задачи го-
родской климатологии, рассматривающей климат применитель-
но к городскому «пятну» в целом, к отдельным частям и райо-
нам города, к рельефу, ландшафту, к улицам, площадям, застрой-
ке кварталов, к их благоустройству, озеленению, к инженерному
обустройству города. Методы, используемые в градостроитель-
ной климатологии, частично отличаются от методов, используе-
- 250 -
мых при проектировании отдельного здания. Вместе с тем обе
эти науки очень близки. Обе, прежде всего, опираются на пси-
хофизиологическое состояние человека, находящегося в архитек-
турной среде. Это состояние изучается гигиеной, а точнее —
коммунальной гигиеной, врачами-гигиенистами (cat. Главу 2).
Принципиальная схема взаимодействия «климат—человек—ар-
хитектура» в качестве исходных понятий включает человека с
его биологическими и социальными потребностями и микрокли-
мат как воздействующий внешний фактор.
Общие корни обоих направлений просматриваются и в том,
что в основе их развития лежит жилая среда — не только соб-
ственно дом как укрытие, но и его ближайшее окружение и
прежде всего двор. Дом и двор — объекты архитектурной и гра-
достроительной, а также строительной климатологии. Это в кли-
мате Москвы и севернее ее, особенно в городах, жилые помеще-
ния как бы отторгнуты от природной среды — теперь мы пыта-
емся эту связь, по возможности, организовать. В жарком клима-
те можно видеть дома, где границу между жилыми помещения-
ми и наружной средой невозможно определить, так как жилище
представляет собой единый комплекс дворовых пространств и
вкрапленных в эти пространства комнат и «полукомнат», сли-
тых с двором, и только от улицы дом отделяется глухой огра-
дой, да и то не всегда.
Градостроительная климатология и архитектурная климатоло-
гия выросли в нашей стране на философии, связанной с изучени-
ем народного жилища. Классик этих прикладных наук Н.П. Бы-
линкин в своих трудах заложил краеугольные камни фундамен-
тальных исследований [11; 12], в которых, помимо гигиенических
основ, показал большое значение народного жилища для форми-
рования архитектурной климатологии. Именно народом создан-
ные постройки вобрали в себя многовековой опыт учета климата
при строительстве. Планировка домов, дворики закрытые и от-
крытые, замкнутые и обращенные на благоприятную в физиоло-
го-гигиеническом отношении сторону горизонта, лоджии остек-
ленные и неостекленные, ориентация, проветривание помещений
и аэрация придомового пространства, солнцезащита и солнцеу-
лавливание — все берет начало в народном жилище. Сказанное,
естественно, относится ко всему мировому опыту.
В этом ряду находится и инженерное оборудование зданий.
Во влажном умеренном климате Англии в основу обогрева по-
мещений положен камин, расположенный у наружной стены
здания и дающий преимущественно лучистое тепло, а в Москве
и вообще в Центральной России, где значительно холоднее, не-
- 251 -
обходима русская или голландская печь, расположенная в цент-
ре избы или квартиры; вокруг печи и планируется все жилище.
Предшественники сегодняшних кондиционеров также имели ме-
сто в южном народном жилище: в одних случаях холодный воз-
дух поступал в комнаты из глубоких подвалов, где устраивались
специальные бассейны, в других — особо ориентированные «тру-
бы» улавливали прохладные горные и морские ветры и направ-
ляли их в жилища, в третьих — на окнах из зеленых растений и
капающей по их листьям воды сооружались «шторы», пропуска-
ющие в помещения увлажненный и прохладный воздух.
Таким образом, в «народном строительстве» от жилых райо-
нов, улиц и двориков до инженерного оборудования — все фор-
мировалось народными умельцами с учетом климата и микро-
климата места строительства. Богатейший опыт приспособления
народного жилища к климату, детально изучавшийся почти во
всех странах мира и отраженный во многих научных трудах, по-
служил хорошей базой для развития архитектурной климатоло-
гии, особенно в части формирования жилой среды современных
поселений. Опыт, накопленный в плане градостроительных ре-
шений с позиций климатических воздействий, отражен в лите-
ратуре значительно меньше. Поэтому факт изучения этой про-
блемы применительно к Москве имеет большое научное и прак-
тическое значение.
В архитектурной и градостроительной климатологии приня-
то различать несколько типичных пространственных форм —
типов застройки, имеющих характерное климатическое воздей-
ствие или климатозащитные свойства. В современной градо-
строительной науке часто используется термин «морфотипы» за-
стройки. Термин отражает множество факторов, характеризую-
щих форму застройки. С точки зрения архитектурной и градо-
строительной климатологии различают несколько типов заст-
ройки, но не следует путать понятия «тип застройки» и «мор-
фотип застройки».
Этажность зданий, форма групп зданий, плотность застройки,
время строительства (всегда накладывающее свой отпечаток на
форму), месторасположение в градостроительной и природной
среде, даже мода — все оказывает влияние на характер застройки
и порождает множество морфотипов, обладающих схожим воздей-
ствием на микроклимат в конкретных природно-климатических
условиях. В зарубежной литературе это явление получило назва-
ние «климатоп», т.е. характерное для какого-либо морфотипа за-
стройки сочетание микроклиматических характеристик при опре-
деленных фоновых природно-климатических условиях. Очевидно,
- 252 -
что один и тот же морфотип в пустыне и заполярной тундре бу-
дет иметь неодинаковые микроклиматические особенности. Для
Москвы, в которой задача создания действительно комфортного
микроклимата в застройке практически не ставилась и не реша-
лась, опыт мезо- и микроклиматической типизации условий и
районирования городской застройки, т.е. использование «клима-
топов», представляет большой научный и практический интерес.
Научно-методологическая база архитектурно-климатического
анализа в нашей стране была заложена в трудах ученых архи-
тектурно-климатической школы, сложившейся в бывшем СССР
в 50—70-е годы XX века. Материальной основой становления и
развития этой научной школы послужили массовое жилищное
строительство, осуществлявшееся по типовым проектам, и стро-
ительство городов, которые велись в разных климатических рай-
онах огромной страны.
Формирование принципов архитектурно-климатического
анализа осуществлялось в тесном сотрудничестве архитекторов
(Биркая К.А., Былинкин Н.П., Давидсон Б.М., Ершов А.Б.,
Лицкевич Б.К., Оболенский Н.В., ПивкинВ.М., Рапопорт Т.Б.,
Серебровский Ф.Л., Суханов И.С., Чистякова С.Б., Яковлев А.В. и
др.), инженеров (Васильев Б.Ф., Ильинский В.М., Кореньков В.Е.,
Краснощекова Н.С., РеттерЭ.И. и др.), климатологов (Гербурт-
Гейбович А.А., Конова Л.И., Климова Г.К., Семашко К.И., Черняв-
ская М.М. и др.), врачей-гигиенистов (Горомосов М.С., Губерн-
ский Ю.Д., Кандрор И.С., Кирьянова И.С., Муравьева Г.И. и др.),
экономистов (Боровков И.И., Кочетков А.В., Лазарева Н.Н., Лю-
бимова М.С., Тонский Д.Г.). Теория разрабатывалась в институтах
ЦНИИП градостроительства и ЦНИИЭП жилища при участии
Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, Инсти-
тута общей и коммунальной гигиены им. А.Н. Сысина, НИИ
строительной физики и зональных институтов ЛенЗНИИЭП,
ТашЗНИИЭП, ТбилЗНИИЭП, СибЗНИИЭП, КиевЗНИИЭП,
был обобщен зарубежный опыт (Аронин Д., Борель И., Кадьерг Р.,
Егли Р., Фурноль А., Гивони Б., Леру Р., Олгей Д. и др.).
Обобщение опыта широкомасштабных натурных наблюдений
за микроклиматом жилищ и городских территорий в разных
климатических районах страны, лабораторные исследования,
анализ практики строительства и эксплуатации зданий и фор-
мирования городских комплексов осуществлялись, помимо ука-
занных выше, многими учеными (Анапольская Л.Е., Врон-
ская О.А., Бутлицкий А.Э., Вавилова З.А., ГитбергВ.Д., Гольд-
штейн Г.К., Дарбинян С.Д., Дунаев Б.А., Заварина М.В., Карамы-
шев В.А., Круглова А.И., Левченко Г.Н., Масленников Д.С., Нот-
- 253 -
кин И.И., Петрова З.П., Петрова Л.В., Ратнер Е.М., Рудакова В.А.,
Сырейщиков В.Б., Титов А.В., Шипков А.И., Цвид А.А. и др.),
проводились в институтах МАрхИ (Гусев Н.М.), Институте Гео-
графии АН СССР (Чубуков Л.А.), МНИИ гигиены и санитарии
им. Ф.Ф. Эрисмана (Смирницкий Н.С.) и др.
В результате были разработаны и внедрены теоретические
основы учета фоновых климатических условий в архитектурном
проектировании — климатическое районирование, погодно-вре-
менная оценка климата и методические основы учета местных
(микроклиматических) условий. Совокупность этих разработок
позволила определить номенклатуру и степень эффективности
средств и приемов, направленных на улучшение микроклимата
в зданиях и на городских территориях.
14.3. Развитие строительной климатологии в СССР
Большую роль в становлении отечественной архитектурно-
климатической школы играли проектная подготовка и строи-
тельство новых городов и их районов, которые осуществлялись
по рекомендациям, составленным с учетом особенностей клима-
та и микроклимата. Среди них Тольятти, Набережные Челны,
Навои, Надым, Уренгой, Мирный и др.; районы городов Мур-
манск, Златоуст, Владикавказ, Элиста, Ташкент, Баку, Кабул
(Афганистан), Эрденет (Монголия) и др.
Широко использовался термин «строительная климатология».
Это понятие, закрепленное в СНиП соответствующей главой, ха-
рактерно отбором климатических параметров, специально подго-
товленных для инженерно-конструкторских расчетов. Вместе с
тем эти параметры используются архитекторами и в архитектур-
ном проектировании. Более того, в главе СНиП «Строительная
климатология» [76] уже более 40 лет помещается «Схематическая
карта климатического районирования территории для строитель-
ства» (рис. 14.1, табл. 14.1}, разработанная ЦНИИЭП жилища
при участии ряда институтов и имеющая не столько строитель-
ное (инженерное), сколько архитектурно-типологическое значе-
ние. Именно на основе этой карты разрабатывались типовые про-
екты зданий, их внутренняя планировка и архитектурные реше-
ния фасадов в бывшем СССР. Климатическое районирование вы-
полнено на основе комплексного сочетания средней месячной
температуры воздуха в январе и июле, средней скорости ветра за
три зимних месяца, средней месячной относительной влажности
воздуха в июле. В качестве примера в табл. 14.1 приведены зна-
чения метеоэлементов для II климатического района.
- 254 -
Рис. 14.1. Схематическая карта климатического районирования тер-
ритории для строительства [76]
Таблица 14.1. Климатическое районирование территории СССР
(И район)
Клима- тические районы Клима- тические подрайо- ны Среднеме- сячная температура воздуха в январе, ’С Средняя скорость ветра за три зимних месяца, м/с Среднеме- сячная температу- ра воздуха в июле, °C Среднемесяч- ная относитель- ная влажность воздуха в июле, О/ /О
II ПА От -4 до -14 5 и более От +8 до +12 Более 75
ПБ От -3 до -5 5 и более От +12 до +21 Более 75
ПВ От -4 до -14 — От +12 до +21 —
ПГ От -5 до -14 5 и более От+12 до +21 Более 75
На базе карты формулируются основные нормативные и ре-
комендательные положения, регламентирующие архитектурные
решения, принимаемые при проектировании городов, сел и зда-
ний. Как будет показано в дальнейшем, эта карта, будучи свя-
занной с архитектурными требованиями, составляет первое
- 255 -
звено архитектурно-климатического анализа, а именно — оцен-
ка фоновых условий климата при архитектурном проектирова- .
нии. i
В развитых странах архитектурная климатология в послед- !
ние десятилетия развивается все более .высокими темпами. Наи- ।
большее значение придается ее направлению, получившему на-
звание «биоклиматической архитектуры». Одной из целей этого
направления является максимально возможное использование
естественных климатических факторов для жизнеобеспечения J
зданий. Этим достигается минимизация воздействия зданий на
окружающую среду, в том числе путем сбережения энергоресур-
сов на освещение, отопление и вентиляцию.
В России, наоборот, в последние 20 лет наблюдается некото- ;
рое снижение интереса к архитектурной климатологии. Главным i
образом это связано с отказом от «типовухи» в старом значении ч
этого понятия, от «оголтелого типового проектирования» и с от-
делением от России других стран СНГ, имеющих своеобразные,
часто экстремальные климатические условия. Если раньше без
регламентации в СНиП или без разрешения Госстроя СССР >
нельзя было запроектировать ни одного приема или средства,
позволяющего повысить комфорт, но сопровождавшегося удоро-
жанием зданий, то теперь ограничения климатического порядка
во многом сняты и потому не учитываются, несмотря на всю их
актуальность.
В республиках бывшего СССР проектирование ведется со-
гласно местным законам и, в определенной мере, местным тра-
дициям. Такие традиции и архитектурно-климатические принци-
пы учета микроклиматических условий при проектировании
должны быть возрождены и в проектировании архитектурной
среды Москвы. Так, например, одной из тенденций, без должно-
го внимания к климатической топологии переносившейся к нам
в XX веке из мягкого климата Европы, было «переостекление»
зданий. В 70—80-е годы XX века стала очевидной неприемле-
мость этого явления в архитектуре для местных строительно-
климатических условий, и этой тенденции была объявлена вой-
на. Многое пришлось исправлять и переделывать, значительно
были повышены теплозащитные свойства ограждающих конст-
рукций — стен, перекрытий и окон. Однако слишком большие
поверхности остекления, не свойственные нашему климату, до
сих пор занимают значительные площади на фасадах зданий. В
результате экологические качества зданий снижаются, теплопо-
тери остаются большим, что на фоне дефицита энергоресурсов
оказывается фактором крайне неблагоприятным.
- 256 ~
В последующих главах основное внимание уделено архитек-
турной климатологии, в частности, теоретико-методическим ас-
пектам этой проблемы, сформулированы понятия о фоновом уче-
те климата, об учете местных условий и микроклимата, приводят-
ся сведения об эффективности архитектурных средств, применяе-
мых для улучшения микроклимата в городе, о методах климати-
ческого анализа, используемых в архитектурной практике.
Глава 15
Цели и задачи архитектурно-климатического анализа
15.1. Объекты архитектурно-климатического анализа
Архитектурно-климатический анализ следует начинать с
конкретизации особенностей объекта (назначение, этажность,
конструкция стен и перекрытий), для которого он проводится, и
детализации задач этого анализа. Обычно субъектом анализа
служит человек в создаваемом архитектурном пространстве, а
задачей является создание комфортных и безопасных условий
для какого-либо вида деятельности или просто долговременного
пребывания в этой среде.
Архитектурная среда создается для человека, однако человек
предъявляет к ней разные требования. Одни микроклиматиче-
ские условия являются комфортными для детей ясельного воз-
раста, гуляющих во дворе, другие — для спешащего на работу
здорового пешехода, третьи — для спортсмена на спортивной
площадке и т.д. Соответственно этим требованиям используют-
ся разные средства регулирования микроклимата, приближаю-
щие условия внешней среды к комфортным.
Для отдыха маленьких детей или больных, которым показа-
но лечение на открытом воздухе, зимой и в переходные сезоны
потребуются устройства, защищающие от ветра и улавливающие
солнечное тепло, а летом — защищающие от избыточной солнеч-
ной радиации и осадков. Для спортивных занятий площадки не-
обходимо обеспечить хорошим проветриванием, чрезмерная их
укрытость, окружение плотными зелеными насаждениями может
создавать ощущение духоты, перегрева воздуха, т.е. условия, не-
благоприятные для занятий спортом. Для отдыхающих в зонах
рекреации важно, чтобы улучшенные условия микроклимата на-
блюдались бы как можно более продолжительное время, чтобы
во все сезоны года на территории рекреации можно было бы
найти места с комфортным или близким к нему микроклиматом.
- 257 -
Принцип круглогодичного обеспечения улучшенных условий
особенно важен, если проектируются объекты оздоровительного
профиля. Поэтому для таких объектов определяющим является
анализ климатических условий для каждого сезона года.
Элементы городской застройки — улицы, площади, здания —
также относятся к объектам архитектурно-климатического анали-
за. Необходимость учета микроклимата при трассировке улиц и
организации площадей в Москве, конечно, значительно меньше,
чем в районах с экстремально холодным или ветреным климатом,
где оптимальные направления трассировки определяются услови-
ями снегопереноса, или на Юге, где затенение и аэрация пеше-
ходных путей являются необходимыми условиями комфорта. В
Москве примером рациональной планировки может служить
партер реабилитационного центра на ул. Ивана Сусанина. Поло-
гий, озелененный южный склон, защищенный от ветра с севера и
запада корпусами, служит благоприятным местом для отдыха ин-
валидов-колясочников, восстанавливающих свое здоровье.
О важности учета ветра в застройке свидетельствует анализ
статистики заболеваемости, выполненный в ряде поликлиник
трех районов Санкт-Петербурга [58]. Исследования показали,
что в районе Купчино, застроенном зданиями со значительными
разрывами по нормам, принятым в 60-е годы XX века, число
выданных бюллетеней по простудным заболеваниям вдвое боль-
ше, чем в старой, плотно застроенной центральной части города,
а район Московский, имеющий промежуточную по плотности
застройку, имеет средние показатели заболеваемости. Порядок
цифр таков: в центре —2—3%, а в Купчино — 6—7%.
Поэтому архитектору важно знать, в каком месте города бу-
дет расположен объект проектирования, допустим, городская
площадь. На подступах к застройке скорость ветра, как правило,
на 40—45% больше, чем в застроенных кварталах. При средней
скорости ветра на метеостанции за три зимних месяца 4,7 м/с
снижение скорости на 40—45% создает условия, близкие к ком-
фортным. Однако и при плотной застройке в разрывах между
зданиями и вблизи отдельных высотных зданий скорость ветра
может возрастать в 1,5—3 раза по отношению к фоновому зна-
чению, вызывая ветровой дискомфорт {см. Главу 13).
Таким образом, архитектурно-климатический анализ, строго
говоря, проводится не вообще, для всех случаев градостроитель-
ной и архитектурной практики, а применительно к конкретной
градостроительной задаче. При этом анализ должен быть ориен-
тирован на определенную группу людей, занятых определенным
видом деятельности, и конкретное архитектурное пространство.
- 258 -
В создании благоприятных биоклиматических и санитарно-
гигиенических условий городской среды особое место занимает
климат, который оказывает наиболее глубокое и всестороннее
воздействие на человека и во многом определяет типологию го-
родских образований, зданий и сооружений [61; 87]. Для оцен-
ки фоновых условий проводится архитектурный анализ клима-
та, который предполагает разную степень детализации.
Фундаментальные исследования по проблеме учета природ-
но-климатических условий при проектировании и реконструк-
ции крупных городов в нашей стране проводились в разные
годы, в основном, в ЦНИИП градостроительства [33; 58; 61; 66;
87]. Несмотря на то, что за последние 30 лет Москва выросла и
изменилась, появились новые, более совершенные методы рас-
чета и наблюдений за средой, работы указанного института в
области климата и микроклимата, проведенные преимуществен-
но в 60—80 годы XX века, до сих пор не потеряли своей акту-
альности. Это связано с гем, что, во-первых, исследования носи-
ли фундаментальный системный характер и опирались на натур-
ные и лабораторные наблюдения. Во-вторых, работы велись на
фоне обобщения опыта городов бывшего Советского Союза, рас-
положенных в различных природно-климатических условиях. В
этих городах велась научная работа, проводились натурные на-
блюдения за микроклиматом, имелись лаборатории, микрокли-
матические камеры, аэрационные установки (Ленинград, Киев,
Новосибирск, Минск, Красноярск, Владивосток, Ташкент, Тби-
лиси).
15.2. Этапы анализа
ЦНИИП градостроительства установлена последователь-
ность этапов учета природно-климатических условий при пла-
нировке и застройке городов. Такими этапами являются [61]:
1) выявление комплекса природно-климатических и градо-
строительных факторов и установление их взаимосвязи примени-
тельно к конкретной стадии градостроительного проектирования;
2) проведение оценки по комплексу выявленных природных
факторов;
3) разработка системы требований по защите городской сре-
ды от неблагоприятного воздействия природно-климатических
условий; разработка градостроительных средств, обеспечиваю-
щих практическую реализацию выявленных требований.
На первом этапе выделяются группы ведущих природно-кли-
матических факторов, оказывающих воздействие на решение
- 259 -
большинства градостроительных вопросов, с выделением градо-'
строительных вопросов, для решения которых необходим учет,-
наиболее полного комплекса природно-климатических факторов.’
В результате устанавливаются взаимосвязи между выделенными'
природными (климатическими) факторами и градостроительны-
ми вопросами.
На этапе оценки климатических факторов, который являет-
ся наиболее ответственным, закладывается основа для решения
задач, возникающих на последующих этапах. Для этого опреде-
ляются нормативные показатели и критерии оценки природно-
климатических факторов с позиций обеспечения биоклиматиче-
ского, санитарно-гигиенического, эстетического и психологиче-
ского комфортов внешней среды. Далее с помощью натурных на-
блюдений, графоаналитических методов расчета, методов натур-
ного и математического моделирования проводится пофакторная
и комплексная оценка фоновых и местных природно-климати-
ческих условий.
В результате оценки природно-климатических условий на
последующем этапе выявляется комплекс общих градострои-
тельных требований к планировке, застройке, озеленению и фор-
мированию планировочной структуры города как с биоклимати-
ческих позиций (тепло- и ветрозащита, активизация солнечного
воздействия, создание оптимальной аэрации и т.п.), так и с по-
зиций улучшения санитарно-гигиенического состояния окружа-
ющей среды. Эти требования являются исходной предпосылкой
для разработки на конечном этапе комплекса градостроительных
средств по учету и регулированию мезо- и микроклиматических
условий на основных градостроительных уровнях.
При оценке природно-климатических условий необходимо
соблюдать следующие основные принципы:
— преемственность и последовательность в проведении рас-
смотренных выше этапов учета условий;
— преемственность и последовательность в оценке климати-
ческих факторов на основных стадиях градостроительного про-
ектирования (генеральный план, проект планировки, проект за-
стройки);
— комплексность оценки фоновых условий климата. Напри-
мер, невозможно оценить роль ветра и предложить меры по его
использованию или защите от него, если не знать тепловой об-
становки в городе и на площадке строительства.
Общие этапы проведения архитектурно-климатического ана-
лиза предполагают его дальнейшую углубленную проработку
для конкретных задач, связанных с видом и функциональным
- 260 -
назначением зданий, территорий и градостроительных образова-
ний. Для этого могут привлекаться различные методы (от руч-
ной обработки данных метеорологических наблюдений до авто-
матизированных расчетов комплексных показателей и сложных
закономерностей, выводимых с помощью компьютерной графи-
ки). Конкретизация схемы архитектурно-климатического анали-
за предполагает некоторое сужение его рамок с целью прибли-
жения к практическим задачам объектного проектирования. В
качестве основы для такого подхода можно использовать много-
летние разработки ЦНИИЭП жилища, опубликованные в ряде
трудов института [15; 45; 46].
Климатический анализ в архитектурных целях ведется «от
общего к частному», от оценки фоновых закономерностей кли-
мата (климат Москвы, Среднего Урала, подрайона IVB по СНиП
и др.) к оценке микроклимата локальных участков, выбранных
для строительства, расположенных в определенных условиях
подстилающей поверхности (рельеф, акватория, растительность,
покрытия, характер застройки, расположение на окраине или в
центре города). Уточнение локальных микроклиматических по-
казателей помогает архитектору найти правильное решение.
Первый уровень детализации — использование для анализа
готовых проработок, например, приведенной выше схематиче-
ской карты климатического районирования для строительства
по СНиП 23-01-99* (см. рис. 14.1) и глав СНиП, в которых
предъявляются требования к застройке городов [76], проектиро-
ванию жилых или других зданий.
Б качестве примера приведем анализ природно-климатиче-
ских условий для строительства на территории Москвы. По кар-
те Москва относится ко ПВ климатическому подрайону. Соглас-
но СНиП 23-01-99* (см. рис. 14.1, табл. 14.1), находим климати-
ческую характеристику подрайона НВ: среднемесячная темпера-
тура воздуха в январе от -4 до -14 С, среднемесячная темпера-
тура воздуха в июле от +12 до +21 ° С. Сами по себе эти сведе-
ния мало говорят о климате Москвы, но суть в том, что для под-
района ПВ в других главах СНиП и рекомендациях к ним раз-
работаны требования к архитектурным объектам, из которых,
например, следует, что в городах этого подрайона площадь озе-
лененной территории микрорайона (квартала) должна быть не
менее 6 м2/чел., радиус обслуживания населения в жилой заст-
ройке — не более 300 м для дошкольных учреждений, 1000 м
для поликлиник и 500—800 м для учреждений торговли и пита-
ния, что дальность пешеходных подходов до остановок пасса-
жирского транспорта принимается порядка 500 м. Таким обра-
- 261 -
зом, СНиП дает первое приближение к понятию об архитектур-
но-градостроительных требованиях. '
В жилых домах для подрайона ПВ предъявляются определен-.
ные требования по высоте этажа, устройству лоджий и балконов,1
отношению площади окон к площади пола помещений, к устрой-.,
ству лифтов, лестниц, тамбуров. Предъявляются особые требова-
ния по планировке школ и яслей—садов. Таким образом, первый
уровень оценки фоновых условий не следует пропускать— он
ориентирует проектанта, помогает ему сделать первый шаг.
Далее, используя «погодно-временной метод» анализа (см.
Главу 11), определяем дополнительные требования к архитектур-
но-планировочным решениям зданий и городской среды в це-
лом.
Глава 16
Практика архитектурной климатологии
16.1. Климатозащитные функции зданий и типы погод
Для различных типов погоды в архитектуре применяются
соответствующие архитектурно-типологические характеристики.
При этом отметим, что для зданий, в частности — жилых, введе-
но понятие «эксплуатационный режим»; различаются четыре
эксплуатационных режима (табл. 16.7): изолированный, закры-
тый, регулируемый и открытый. Иллюстрацией к табл. 16.1 яв-
ляется рис. 16.1. Повторяемость классов погод для некоторых
городов бывшего СССР показана на рис. 16.2.
Жилая среда при комфортной погоде почти не несет кли-
матозащитных функций. Тепловые условия комфортной погоды
не ограничивают время пребывания человека во внешней среде,
хотя в пределах указанных в табл. 16.1 крайних параметров мо-
гут быть желательны инсоляция или затенение. Комфортная
погода характерна температурами +18—25 °C, относительной
влажностью воздуха 30—60%, скоростью движения воздуха
0,1—0,2 м/с в помещении, 1—3 м/с снаружи. Это лучший пери-
од московского лета. Режим эксплуатации помещений откры-
тый, при котором помещения, как правило, непосредственно свя-
заны с внешней средой (открытые окна). Не обязательны ограж-
дающие конструкции зданий с высокими теплоизоляционными
качествами, отопительное и охлаждающее оборудование; харак-
терны лоджии, веранды, активный естественный воздухообмен
помещений с наружной средой.
- 262 -
Таблица 16.1. Классификации типов погоды и режимы эксплуатации жилища
Тип погоды Режим эксплуатации жилища Среднемесяч- ная темпера- тура воздуха, ’С Среднемесячная относительная влажность воздуха, % Среднемесяч- ная скорость ветра, м/с
Жаркая (силь- ный перегрев при нормаль- ной и высокой влажности) Изолированный. Характерны затенение, аэрация, ком- пактное объемно-планировочное решение зданий, пол- ное кондиционирование воздуха, побудительная вы- тяжная вентиляция, воздухонепроницаемость и тепло- защита ограждений 40 и выше 32 -“- 25 -“- 24 и менее 25-49 50 и более —
Сухая жаркая (сильный пере- грев при низкой влажности) Закрытый. Характерны затенение, защита от пыльных ветров, искусственное охлаждение помещений без сни- жения влагосодержания, воздухонепроницаемость, теп- лозащита ограждений 32-40 24 и менее —
Теплая (пере- грев) Полуоткрытый. Характерны затенение и аэрация, сквозное (угловое, вертикальное) проветривание квар- тир, лоджий и веранд, механические вентиляторы- фены, трансформация ограждений 24-28 20-25 24-32 28-32 50-74 75 и более 24 и менее 25-49 —
Комфортная (тепловой ком- форт) Открытый. Климатозащитная функция архитектуры не требуется, типичны лоджии, веранды 12-24 12-24 12-28 12-20 24 и менее 50-74 25-49 75 и более 1111
См. продолжение
264
Продолжение табл. 16.1
Тип погоды Режим эксплуатации жилища Среднемесяч- ная темпера- тура воздуха, °C Среднемесячная относительная влажность воздуха, % Среднемесяч- ная скорость ветра, м/с
Прохладная Полуоткрытый. Защита от ветра, ориентация на солн- це, отопление малой мощности, трансформация и необ- ходимая воздухонепроницаемость 4-12 — 0 и более
Холодная (ох- лаждение) Закрытый. Защита от ветра, ориентация на солнце, ото- пление малой мощности, трансформация и необходимая воздухонепроницаемость ограждений -36...+4 -28..Л4 -20...+4 -12...+4 — 2 и ниже 2-5 5-10 более 10
Суровая (силь- ное охлажде- ние) Изолированный. Желательны переходы между жилищем и сетью первичного обслуживания, максимальная ком- пактность зданий, отопление большой мощности, искус- ственная приточная вентиляция с обогревом и увлаж- нением воздуха, высокие воздухонепроницаемость и теплозащита зданий, двойные тамбуры, шкафы для вер- хней одежды -36 и ниже -28 -20 -“- -12 1111 2 и менее 2-5 5-10 более 10
Примечание: в качестве минимальной продолжительности типа погоды, определяющего режим эксплуатации жилища,
принимается 1 месяц
Рис. 16.1. Основные режимы эксплуатации жилища при семи типах
погоды: а — жаркой (изолированный режим); б — сухой жаркой или
засушливой (закрытый режим); в — теплой (полуоткрытый режим);
г — комфортной (открытый режим); д — прохладной (полуоткрытый
режим); е — холодной (закрытый режим); ж — суровой (изолирован-
ный режим)
- 265 -
Жилая среда при прохладной погоде защищает человека от
легкого охлаждения. В городской среде защита от ветра и исполь-
зование инсоляции создают условия, близкие к комфортным.
Прохладная погода характеризуется наружными температурами
от +6 до +10° С (апрель—май, октябрь в Москве). В качестве ниж-
ней границы прохладной погоды приняты +4° С, поскольку при
наружных температурах +4,5—5°С и выше воздухообмен через
форточки вполне допустим, режим полуоткрытый или регулиру-
емый, а не закрытый (как при холодной погоде). Верхняя грани-
ца прохладной погоды обусловлена тем, что при наружной темпе-
ратуре +12° Си ниже желательны обогрев неинсолируемых по-
мещений и экономия внутренних тепловых выделений здания.
Относительная влажность наружного воздуха в указанном диапа-
зоне температур большой роли не играет, так как влагосодержа-
ние наружного воздуха значительно ниже физиологического пре-
дела ощущения духоты. Для зданий характерны: обращение ком-
нат на солнечные стороны горизонта; умеренно компактные
объемно-планировочные решения; в квартирах — наличие места
для хранения верхней одежды; воздухообмен через форточки,
фрамуги, клапаны; трансформация (открывание и закрывание
окон) и необходимая воздухонепроницаемость и теплозащитные
качества ограждений; отопительные устройства малой мощности;
накопление внутренних тепловыделений.
Жилая среда при холодной погоде защищает человека от
сильного охлаждения. В городской среде желательна эффектив-
ная защита от ветра (ветрозащитная застройка) и использование
солнца, что смягчает условия охлаждения, но не создает ком-
форта. Холодная погода с позиции обеспечения комфортности
внутренней среды зданий, а также необходимости защиты чело-
века в городской среде от ветра и использования солнечной ра-
диации характеризуется температурами до -25 °C; скорость вет-
ра составляет 3—10 м/с, но при низких температурах не должна
превышать: 5 м/с при температурах до -28 °C и 2 м/с при -
36 °C. Эти значения характерны для зимы на Европейской тер-
ритории России, в Западной и на Юге Восточной Сибири. Ниж-
няя граница холодной погоды принята из условий воздухообме-
на за счет притока наружного воздуха.
При наружной температуре -35°С и ниже относительная
влажность внутреннего воздуха не превышает 5%, а с учетом
внутренних влаговыделений — 25% [1], т.е. меньше гигиениче-
ского предела — 30%. Ниже температуры, принятой в качестве
границы, требуется искусственная вентиляция с увлажнением
воздуха и защита человека вне здания от обморожения и чрез-
- 266 -
мерных теплопотерь. Для зданий характерны: режим эксплуата-
ции — закрытый; компактные объемно-планировочные решения,
обеспечивающие минимальные теплопотери; закрытая отаплива-
емая лестница; шкафы для верхней одежды; необходимая (для
воздухообмена) воздухопроницаемость и высокие теплозащит-
ные качества ограждений; окна закрыты, уплотнены; централь-
ное отопление средней мощности, вытяжная канальная вентиля-
ция (для зданий более 10 этажей требуются иные подходы к
оценке воздухообмена помещений).
Архитектурно-климатический анализ в части оценки фоновых
условий на базе типов погоды требует подсчета количества дней
(месяцев или полусуток) с той или иной погодой. Согласно под-
счетам, осуществленным по многолетним данным [15], картина
погодных условий в ряде городов и в Москве выглядит следую-
щим образом. В течение года прохладная погода длится 230 дней
(63%), холодная — 73 дня (20%), комфортная — 55 дней (15%).
Эти типы погоды определяют архитектурные решения. Семь дней
(2%) наблюдается теплая (перегревная) погода, которая «не дела-
ет погоды», т.к. ее малая продолжительность не дает 'зданиям «пе-
регреться». Для иллюстрации эффективности приведенной мето-
дической разработки рассмотрим график погоды, рассчитанный
подобным образом, по двум другим городам (рис. 16.2}.
Якутск: прохладная погода длится ИЗ дней, или 31% (вдвое
меньше, чем в Москве), холодная — 121 день, или 33% (более
чем в полтора раза больше, чем в Москве), а суровая, которой
вообще нет в Москве — 84 дня, или 23%. Лето же очень похоже
на московское: комфортная погода — 40 дней — 11% (в Москве
15%), теплая (перегревная) — те же 7 дней — 2%.
Адлер—Сочи: прохладная погода длится 234 дня — 64%, т.е.
столько же, сколько в Москве; комфортная — 58 дней, или 16%,
т.е. тоже столько же, как в Москве, но вместо холодной — 69
дней, или 19% длится теплая (перегревная) погода и еще 4 дня,
или 1% — жаркая влажная погода.
Анализируя представленный выше материал о продолжи-
тельности погодных комплексов в Москве, Якутске и Адлере-
Сочи нужно обратить внимание на следующее. Основные типо-
образующие классы погоды в Москве и Якутске имеют значи-
тельную повторяемость, что и определяет главные требования к
архитектурным решениям. Однако и в Москве, и в Якутске
7 дней в году (2%) наблюдается теплая погода, которая, как
было отмечено, «не учитывается». Но именно она и создает наи-
более опасные для здоровья горожан перегревные ситуации. В
таком случае создается типичная для архитектурной климатоло-
- 267 -
гии ситуация компромисса: «полный комфорт — плати, не мо-
жешь — терпи!». Для обеспечения полного комфорта летом в
упомянутых городах надо выполнить требования, предъявляе-
мые теплой погодой.
Типы погоды
жаркая
сухая
жаркая
влажная
теплая
комфорт-
ная
прохлад-
ная
холодная
суровая
1Г Салехард
IA Якутск
IB Новосибирск
IB Чита
НА Мурманск
КБ Таллин
ИВ Ленинград
ПВ Москва
III А Актюбинск
IIIB Донецк
IIIB Алма-Ата
ШБ Одесса
IVA Ашхабад
IVB Ташкент
IVB Тбилиси
М5 Баку
IV5 Адлер - Сочи
26 26 39 6 21 %
95 95 142 2274 дни
23 33_______31 112 %
84 121 113 40 7 дни
7 32___________44 14 3 %
25 117 161 51 11 дни
3 41 37 14 5 %
11 150 135 51 18 дни
4 27 62 7 %
15 99 226 25 дни
15 78 6 1 %
55
19
284
66
224 дни
69 241 51 4 дни
20 63 15 2 %
2155бИГ
7 106 150
1 14 55
76 22 4 дни
24___6 "
%
4 51
16
201
44
87 22
34 6
дни
%
58 161 124 22
6 64 22 8
22 234 82 27
1 44 30 15 4 6
4 161
4 47
15 171
1 59
SI
□
108 55 6 22
35 10 4
128 3615
27 12 1
дни
%
ДНИ
%
ДНИ
%
г
4 215 98 44 4 дни
55 24 20 1 %
201 87 73 4 дни
________64___________16 19 1 %
234 58 69 4 дни
Рис. 162. Типы погоды в отдельных городах (в % и количестве дней в
течение года)
- 268 -
Оценка роли повторяемости или продолжительности той или
иной погоды зависит от уровня требований к комфорту, от ма-
териальных возможностей и социальных задач на определенных
этапах развития общества. Значительную роль при определении
погодных условий играют и экологические, и гигиенические
факторы: даже очень короткие по продолжительности периоды
неблагоприятных погодных условий могут оказывать значитель-
ное отрицательное влияние на здоровье людей.
В 1960—1980-х годах, когда преобладали тенденция типиза-
ции проектов и стремление к экономичности решений, клима-
тические районы, определявшие право на введение новых про-
ектов, охватывали территории, в пределах которых повторяе-
мость погоды менялась на 15—20% от одного района к другому.
В то время был сделан вывод, что минимальной повторяемостью
погоды, которую на том этапе следовало учитывать в типовом
проектировании, являются 8% от длительности года [15]. Вели-
чина 8% свидетельствует о том, что здания и градостроительные
образования проектировались и в значительной мере проекти-
руются сейчас со значительным допуском условий, далеких от
комфортных. Если бы при проектировании зданий учитывались
вероятные условия эксплуатации по примеру гидротехнических
сооружений (например — по 1%-му паводку), то затраты на их
строительство значительно возросли бы. Между тем, чтобы обес-
печить полную безопасность, может быть в недалеком будущем
будут учитываться погодные события, имеющие повторяемость
на уровне 1—2%. В настоящее время целесообразным представ-
ляется учет метеорологических условий, имеющих обеспечен-
ность не менее 5%, а в отдельных случаях, при проектировании
городских территорий — и более редкие явления, особенно свя-
занные с опасностью для жизни населения (например, сильные
порывистые ветры).
Теплая погода может приводить к легкому перегреву. Но хо-
рошее затенение и аэрация создают в городской среде комфорт-
ные или близкие к ним условия. Характерны: температура воз-
духа от +20 до +32 °C в зависимости от относительной влажно-
сти воздуха (наиболее жаркие дни в средней полосе России).
Верхняя граница теплой погоды обусловлена разным влиянием
влажности и степенью возможности использования движения
воздуха для компенсации повышения температуры. При темпе-
ратуре воздуха +32—33°С и выше бороться с перегревом путем
проветривания очень трудно. Поэтому предел +32 °C принят как
верхняя граница теплой погоды при низкой и нормальной влаж-
ности воздуха. При повышенной влажности большую роль игра-
- 269 -
ет предел влагосодержания, который и предопределяет верхнюю
границу погоды по температуре воздуха -+-28ОС при влажности
до 75% и +25° С при более высокой влажности [66]. Это отно-
сится к случаям, когда радиационная температура и температу-
ра воздуха одинаковы, а скорость ветра находится в пределах
0,5—1,0 м/с.
При теплой погоде для зданий рекомендуется: двухсторон-
няя планировка квартир (офисов, других помещений) для обес-
печения активного сквозного или углового проветривания внут-
ренних пространств, открытые помещения — лоджии, веранды,
террасы, придомовые дворики; трансформация пространств и
ограждающих конструкций в суточном ходе, открытые окна,
обязательное наличие солнцезащитных устройств на окнах, в
помещениях — механические вентиляторы — «фены». Однако
наиболее дорогостоящие приемы, к которым относятся плани-
ровка со сквозным или угловым проветриванием, солнцезащит-
ные устройства на окнах (наиболее эффективные — наружные)
и др. используются далеко не всегда.
Кстати, и суровая погода, которая в Москве держится в ян-
варе и феврале по несколько дней, и при которой для пешехо-
дов необходимы теплые переходы между зданиями, а во внут-
ренней среде — принудительная приточно-вытяжная вентиляция
с подогревом и увлажнением воздуха, — тоже пока не учитыва-
ется в практике проектной подготовки строительства. Однако,
как показано в Главе 12, для того, чтобы получить обморожение
при сочетании температуры и скорости ветра, характерных для
суровой погоды, необходимы лишь несколько минут, макси-
мум — полчаса.
Также можно отметить, что и в районе Адлер—Сочи жаркая
влажная погода, длящаяся только 4 дня (1%), не имеет отраже-
ния в архитектурных решениях, поскольку при этой погоде тре-
буются полное кондиционирование воздуха (охлаждение и
уменьшение влагосодержания), принудительная вытяжная вен-
тиляция. Комплекс средств, применяемый в Сочи, фактически
пока отвечает только теплой (перегревной) погоде, длительность
которой составляет 69 дней, или 19% в году.
Возможности наглядного анализа фоновых условий с помо-
щью погодных комплексов на этом не ограничиваются. Можно
определить запись погоды за 12 месяцев года с осреднением дан-
ных за каждый месяц с учетом дневной и ночной погоды раз-
дельно. «Формула» погоды составит по Москве: 12х, 6п и 6 к.
Но из диаграммы (рис. 163) следует, что только в июле комфор-
тная погода наблюдается в ночные часы; в мае, июне, августе и
- 270 ~
сентябре комфортная погода днем сменяется прохладной ночью,
а в апреле и октябре погода, прохладная днем, сменяется холод-
ной ночью. Таким образом подтверждается, что Москва являет-
ся «городом двух сезонов», а проектные решения должны учи-
тывать и экстремальные погодные условия центральных месяцев
теплого и холодного периодов. Этот подход, в первую очередь,
должен быть реализован при проектировании зданий и террито-
рий учреждений здравоохранения — терренкуров, соляриев, по-
мещений для лечебного сна и других мест пребывания людей на
открытом воздухе в разные часы суток.
Рис. 163. Диаграмма оценки погодных условий за 12 месяцев: а —
Харьков; б — Москва
16.2. Учет климатических условий в архитектурной
композиции
Метод учета продолжительности погодных комплексов не-
посредственно раскрывает связи климата с задачами градостро-
ительства и типологии зданий. Намечены определенные пути к
раскрытию связи погодных комплексов с категориями архитек-
турной композиции, например, с архитектурным пространством,
массой (пластика объемного решения), пластикой поверхности
(табл. 16.2). Так, для погоды комфортной и теплой типичны от-
крытый характер архитектурных пространств (свободная за-
стройка микрорайонов, площадей; планировка внутренних поме-
щений, обеспечивающая аэрацию и раскрытие во внешнюю сре-
- 271 -
ду); расчлененная масса здания (дворики, курдонеры, разделе-
ние зданий на блоки); расчлененная (нередко активно расчле-
ненная) пластика поверхностей (лоджии, балконы, окна значи-
тельных размеров, затеняющие козырьки, навесы, перфориро-
ванные ограждения). Для холодной погоды с ветром рекоменду-
ются пространства замкнутые, полузамкнутые и ориентирован-
ные, масса нерасчлененная, мало расчлененная, обтекаемая и
ориентированная, пластика поверхности нерасчлененная.
Таблица 16.2. Связь архитектурной композиции с климатиче-
скими условиями («да» — связь существует)
Категория композиции Типы погоды и дополнительные характеристики климата
суро- вая холод- ная про- хлад- ная ком- форт- ная теплая засуш- ливая жаркая влаж- ная
без ветра с ветром без ветра с ветром без ветра 1 с косыми дождями ' без ветра с повышен- ной влаж- ностью без ветра с пыльны- ми бурями без ветра со штилем
Архитектурное пространство:
замкнутое да да да да да
полузамкнутое да да да да
полуоткрытое да да да да
открытое да да да да да
неориентиро- ванное ориентирован- ное Да да да да да да
Масса, пластика объема:
нерасчлененная да да да да да да да
малорасчленен- ная да да да да да
расчлененная обтекаемая да да да да Да Да да да да Да
ориентирован- ная да да да да да
Пластика поверхности:
нерасчлененная малорасчле- ненная да Да да да да да
расчлененная да да да да да да да да
активно рас- члененная да
- 272 -
Наконец, метод погодных комплексов позволил отечествен-
ной архитектурной климатологии впервые выйти на уровень ох-
вата мировой архитектурной практики, оперативно сравнивая
многие города по их архитектурно-климатическим требованиям
к открытой среде и зданиям (Приложение Ш.А). Эти возможно-
сти намного расширяют эффективность архитектурно-климати-
ческого анализа.
В то же время следует отметить, что этот метод ориентиро-
ван на повышение комфортности микроклимата, а не на клима-
тозащиту. Вместе с тем, при проектировании необходимо учиты-
вать и такие погодные условия (сочетания метеоэлементов), ко-
торые могут угрожать жизни и здоровью населения, хотя их по-
вторяемость может и не превышать 1—2 %. В этом состоит прин-
ципиальное и весьма перспективное направление дальнейшего
развития архитектурной климатологии.
Следующим этапом архитектурно-климатического анализа
может быть оценка местных условий, т.е. микроклиматической
изменчивости основных элементов климата под воздействием
подстилающей поверхности участка строительства и застройки.
В городах ее рекомендуется проводить на основе топографиче-
ской основы местности (гипсометрические карты масштаба
1:5000 — 1:10000) путем введения поправок к характеристикам
радиационного, температурного, ветрового и других режимов в
зависимости от высоты места, рельефа, экспозиции склонов
[66]. Методика расчета изменения климатических характери-
стик под влиянием подстилающей поверхности изложена в ра-
ботах [49; 50].
Общая оценка благоприятности ветрового режима для стро-
ительства приведена в табл. 16.3. Более подробно особенности
ветрового режима различных форм рельефа местности обсужда-
ются в Части I настоящей книги.
Оценка микроклимата застройки проводится на основе ус-
тановленных закономерностей и данных наблюдений метео-
станций или натурных обследований. Целью оценки является
выявление территорий города, требующих разного подхода к
улучшению микроклимата — ветрозащиты, аэрации, солнцеза-
щиты, обводнения и др. Оценка микроклимата в пределах
групп зданий и на прилегающих к ним территориях при про-
ектной подготовке строительства выполняется, в основном, ме-
тодами натурного или математического моделирования. Основ-
ные закономерности формирования микроклимата в застройке
даны в табл. 16.4.
- 273 -
Таблица 16.3. Оценка благоприятности рельефа по ветровому
режиму [65]
Общая оценка Степень благоприятности форм рельефа
Вершины и возвы- шения с плоскими вершинами Склоны Долины, лощины, овраги
навет- ренные парал- лельные ветру подвет- репные
про- дува- емые не- про- дува- емые
11 ПОЛОГИМИ «слонами 1 2 3 1 2 3 1 2 3
Районы с умеренны- ми скоростями ветра (повторяемость вет- ра 3—5 м/с свыше 50%, более 5 м/с — менее 20%) неблаго- приятные умерен- но бла- гоприят- ные благо- прият- ные умерен- но бла- гоприят- ные
Примечание: цифрами 1, 2, 3 обозначены, соответственно, верхняя, сред-
няя и нижняя части склонов.
Таблица 16.4. Общие закономерности изменения микроклимата
в застройке
Климатические характеристики Закономерности формирования микроклимата (по отношению к загородным условиям)
Солнечная ради- ация снижение до 20% в зависимости от загрязнения воздуха, времени года и суток, высоты окружаю- щих зданий
Температура воз- духа повышение на 1—4’С в зависимости от плотно- сти застройки, относительной площади искус- ственных покрытий и зеленых насаждений, усло- вий проветриваемости
Скорость ветра снижение на 20—70% в среднем по территории в зависимости от плотности застройки: в застрой- ке плотностью до 20% — до 20%, плотностью 20— 30% — на 20—50%, плотностью более 30% — бо- лее чем на 50%. Усиление порывистости и кон- трастности поля скорости
Примечание: под плотностью застройки понимается отношение площа-
ди, занятой зданиями, к общей площади участка.
- 274 -
16.3. Формы застройки и ветровой режим
Большая часть исследований и в отечественной, и в зару-
бежной науке касалась оценки застройки в экстремальных кли-
матических условиях Севера и Юга, в условиях большого вет-
роохлаждения и жаркого климата (сухого и влажного). Если
проанализировать работы ЦНИИП градостроительства по этой
теме [58; 66], то станет очевидным преобладание южной и се-
верной тематики и в части анализа, и в части рекомендаций по
проектированию городских поселений. Тем не менее определен-
ное количество наблюдений проводилось и в средней полосе
России, а также в районах Европы, имеющих сходство по кли-
матическим условиям отдельных сезонов с центральными рай-
онами России.
Б основном учет микроклимата при проектировании за-
строек в нашей стране носил общий и почти исключительно
качественный, а не количественный характер, т.е. давал и дает
в большей степени качественную картину, хотя и выраженную
в отдельных случаях количественными показателями. По-
скольку в Москве, как и в других регионах России, главные
задачи улучшения микроклимата касаются регулирования
ветрового и теплового (радиационного) режимов, то и опыт
оценки микроклиматических условий в застройке, получен-
ный в северных и южных районах страны, будет во многом
применим к условиям Москвы, учитывая высказанную ранее
мысль о том, что Москва является «городом двух сезонов» —
холодного, когда требуется защита от ветра, и теплого, когда
требуется улучшение условий проветривания и снижение ин-
соляции.
Целесообразно также комплексное применение зарубежного
опыта градостроительного и архитектурно-строительного проек-
тирования для условий жаркого и холодного климата к приня-
тию проектных решений в Москве, учитывая, что эти решения
должны предусматривать одинаково эффективную эксплуата-
цию зданий и территорий как в летнее время, так и зимой. Ар-
хитектор соответствующим размещением зданий, зеленых на-
саждений и элементов благоустройства может активно влиять на
ветровой и радиационный режим; на температурно-влажностный
режим можно влиять лишь косвенно, но все же достаточно эф-
фективно.
Планировка и застройка территорий, расположенных в рай-
онах со слабо выраженными ветрами, должна производиться
с учетом направления преобладающих ветров и благоприятных
- 275 -
румбов. В этих условиях при выборе оптимальных архитектур-
но-планировочных решений особое внимание должно быть на-
правлено на создание условий наиболее эффективного провет-
ривания территории застройки.
При использовании наветренных и возвышенных террито-
рий города застройку рекомендуется формировать из легко об-
текаемых зданий башенного типа, линейных короткокорпусных
зданий или зданий большой протяженности и повышенной
этажности, обращенных торцами в сторону благоприятного вет-
ра. При этом, изменяя величину разрыва между зданиями,
можно регулировать скорость ветра. Для этого наиболее опти-
мальными являются разрывы между зданиями в пределах до
2—ЗН (Н — высота здания), разрывы между линейными зда-
ниями, расположенными фасадами к ветру, рекомендуется де-
лать 5—7Н, хотя в реальной практике градостроительства это
почти нереально.
В ЦНИИП градостроительства на базе натурных и лабора-
торных исследований ветрового режима территории застройки
получены результаты, которые могут быть использованы при
проектировании жилых групп и микрорайонов с целью создания
на их территории наиболее оптимальных условии аэрации. Рас-
чет скорости ветра на территории застройки может быть произ-
веден по формуле:
W3 = K3xWM, (16.1)
где: W3 — скорость ветра на территории застройки; WM — ско-
рость ветра по данным ближайшей метеостанции; К3 — коэффи-
циент изменения скорости ветра на территории застройки.
С целью улучшения условий аэрации придомовых террито-
рий следует избегать замкнутых приемов застройки, а площадь
внутридворовых пространств принимать более 1,8 га. При пяти-
этажной застройке наиболее эффективно проветриваются внут-
ридворовые пространства при разрывах между зданиями, распо-
ложенными фасадами, к направлению господствующего ветра,
более 5Н (площадью 4 га). Приемы архитектурно-планировоч-
ной композиции застройки с целью усиления проветривания
территории даны в табл. 16.5 [70].
Для определения коэффициента скорости ветра при разных
приемах застройки также можно воспользоваться данными табл.
16.6 (для условий сложного рельефа местности) и табл. 16.7
(для условий спокойного рельефа) [58].
- 276 -
Таблица 16.5. Варианты группировки зданий для улучшения
условий проветривания
Приемы застройки Коэффициенты изменения скорости ветра
зн (направление ветра —» ) 0.5Н 0,90-1,20
1?н X 0,75—0,95
М ММ^1-1,5Н ИИИ10.5Н 0,5НД^ ^ИИ 0,70-0,90
Jr1,5H м 3-4Н 0,60-0,80
ЯР I %зн' 1 0,50—0,75
1 тЯн! 2-ЗН, ЛбН| 0,5Н 0,45-0,65
i i^4^To,5H R14"h
в ДО ЗН^НД 1.5-2НГ | иИИИИП 3-5Н^^Р О.Б-'Щ Г ш 4,5-2Н 0,40-0,70
| 2-ЗН 4-5Н 4Н/|^ 0,40-0,50
1 1-зн^ зн 2HTI3Hi 0,30-0,50
- 277 -
Таблица 16.6. Коэффициенты скорости ветра в условиях слож-
ного рельефа местности при различных приемах застройки
Условия рельефа Открытое место Внутри- дворовое пространство
Возвышенные наветренные участки го- родской территории: строчная застройка на наветренной границе города со зданиями, обращен- ными фасадами к преобладающему на- правлению ветра строчная застройка, аналогичная пре- дыдущей, расположенная в 500 м от нее с подветренной стороны 1,0-1,2 0,4-0,5
Открытые пониженные участки городс- кой территории: строчная застройка со зданиями, обра- щенными фасадами к преобладающе- му направлению ветра П-образная застройка, прикрытая со стороны преобладающего направления ветра — 0,35-0,40 0,40
Участок в системе города, прикрытый возвышенностью: строчная застройка со зданиями, рас- положенными фасадами к преоблада- ющему направлению ветра П-образная застройка, прикрытая со стороны преобладающего направления ветра 0,50—0,60 0,40-0,50
Таблица 16.7. Коэффициенты скорости ветра на территории
дворовых пространств в условиях спокойного рельефа (коэффи-
циент на открытой территории 0,5—0,7)
Прием застройки Коэффициент К
Строчная смещённая застройка с домами, обра- щенными торцами к ветру 0,5-0,6
Строчная застройка с параллельными домами, обращенными торцами к ветру 0,55—0,65
П-образная застройка, открытая на западную сторону горизонта 0,35-0,45
См. продолжение
- 278 -
Продолжение табл. 16.7
Прием застройки Коэффициент К
П-образная застройка, закрытая с ЮЗ 0,40-0,45
П-образная застройка, закрытая с ССВ 0,40
П-образная застройка с двумя сблокированными углами, раскрытая на ЮЮЗ 0,70-0,90
П-образная застройка с разрывами с противопо- ложных ее сторон или по диагонали 0,70-0,90
Регулярная застройка 0,35-0,50
Свободная застройка 0,35-0,40
Периметральная застройка 0,30
В условиях низких скоростей ветра критерием оптимально-
сти является такое планировочное решение, при котором коэф-
фициент скорости ветра составляет не менее 0,5—1,0.
В условиях комфортного ветрового режима для сохране-
ния скорости ветра рекомендуется применять свободные и
строчные приемы застройки. Свободный тип застройки характе-
ризуется упорядоченным или неупорядоченным размещением
зданий по территории, значительными разрывами между здани-
ями, поворотами зданий в плане под разными углами. Здания в
большинстве случаев имеют в плане простую форму — прямо-
угольную; часть зданий башенного или точечного типа; поворот-
ные (угловые) секции обычно не применяются. Этажность зда-
ний чаще всего различна.
Строчная застройка характерна многократным повторением
зданий, повернутых в плане под одним углом, нередко располо-
женных друг за другом, параллельными рядами — «строчкой».
Для этого типа застройки нехарактерны разная этажность и при-
менение угловых и поворотных секций.
Свободная и строчная застройки дают незначительное сни-
жение скорости ветра на территории — в среднем около 20%.
При направлении ветра вдоль зданий при строчной застройке
(ветер в торец) снижение скорости ветра почти не ощущается,
но воздействие ветра на микроклимат в зданиях значительно
снижается за счет уменьшения их «продувания» через окна. Схе-
ма застройки, близкая к свободной, приведена на рис. 16.4. В
пределах застройки четыре участка характерны умеренной про-
дуваемостью, один — повышенной продуваемостью.
Жилые здания при благоприятном ветровом климате следу-
ет располагать длинной осью по направлению господствующих
ветров с разрывами не менее ЗН. Возможна постановка линей-
- 279 -
ных зданий под углом 30—45° к направлению ветра. С наветрен-
ной стороны рекомендуется располагать здания меньшей этаж-
ности или блочного типа. При расположении линейных зданий
фасадами к направлению ветра разрывы между ними следует
предусматривать не менее 4—5 высот здания (Н) [45].
Рис. 16.4. Схема, иллюстрирующая степень продуваемости террито-
рии свободной застройки: а — участки умеренной продуваемости; б —
участок повышенной продуваемости. Изолиниями показано распреде-
ление скоростей ветра при восточном направлении
В районах с повышенными скоростями ветра, особенно на
окраинных территориях городов, следует предпочитать полузам-
кнутые и замкнутые группы домов (рис. 16.5 и 16.6). Полузамк-
нутая застройка характерна сочетанием замкнутой части, заст-
роенной по периметру, и частью, открытой во внешнюю среду,
т.е. большим разрывом в одном направлении (в другом возмож-
ны небольшие разрывы). Типичны угловые и поворотные сек-
ции. Поскольку «разрыв» в застройке, как правило, обращается
к благоприятной стороне горизонта, эта форма часто называется
«ориентированной» застройкой.
Замкнутая, или периметральная, застройка характерна разме-
щением зданий по периметру участка с относительно небольши-
ми разрывами между зданиями; форма жилых групп или квар-
талов чаще всего прямоугольная. Как правило, применяются уг-
ловые секции, хотя иногда в углах стыкуются и здания, имею-
щие прямоугольную форму. Этажность в пределах группы или
квартала чаще всего одна и та же, хотя имеются и исключения.
Замкнутая, а при правильной ориентации, и полузамкнутая
застройка с небольшой площадью группы зданий порядка 1,5—
2 га при сильном ветре может способствовать снижению вет-
рового воздействия на 4 м/с (при скорости на метеостанции от
4,9 м/с до 0,9 м/с) и созданию внутри группы благоприятного
- 280 -
микроклимата в зимний период. Кроме того, в полузамкнутых
пространствах при соответствующей ориентации к магистрали
существенно снижается уровень шума. Это создает условия,
близкие к комфортным как по микроклиматическим парамет-
рам, так и по акустическому режиму внутридворовой террито-
рии.
Рис. 165 (слева). Ветрозащитная полузамкнутая жилая группа 5-этаж-
ных жилых домов в микрорайоне №9 Южно-Сахалинска. Генплан
Рис. 16.6 (справа). Компактная замкнутая жилая группа 5-этажных
жилых домов в Орха. Генплан
Примеры полузамкнутой застройки даны также на рис. 16.7 и
16.8. В жилой группе в Тольятти (рис. 16.7) недостаточно провет-
ривается юго-западная, слишком закрытая часть жилой группы.
Рис. 16.7. Планировочное решение полузамкнутой группы жилых домов
в Тольятти
- 281 -
Рис. 16.8. Жилая полузамкнутая группа в микрорайоне № 1 в Эрде-
нет в Монголии (рис. архит. М.И. Орловой)
Примером полузамкнутой «ориентированной» открытой к югу
группы может служить проект застройки, выполненной для райо-
нов Приобъя (рис. 16.9), где продумана, в соответствие с формой
группы, и внутренняя планировка жилого дома-комплекса. За
счет сочетания больших квартир, решенных в двух уровнях, и
малых квартир, размещенных поэтажно, достигнуто обращение на
юг 40—60% жилых комнат, на восток и запад — по 20—30%, а на
север — только 5—8%. В общей сложности 73—92% квартир по-
лучили хорошую инсоляцию, а 5—7% — удовлетворительную.
Критерием оптимальности архитектурно-планировочной
композиции застройки в условиях повышенных скоростей ветра
является такое ее решение, при котором практически вся пло-
щадь территории застройки характеризуется коэффициентом
скорости ветра, равным 0,10—0,50 от исходной.
- 282 -
Рис. 16.9. Проект «ориентированной» жилой группы для Западной Си-
бири и элементы благоустройства, осуществленные в городах Приобъя
Ветрозащитная застройка — прием, применяющийся в райо-
нах с сильными ветрами. Она характеризуется вытянутыми в
одну линию зданиями (часто с поворотами и изломами); прием
может применяться в сочетании с другими приемами застройки.
Характерны одинаковая этажность и угловые (поворотные) сек-
ции. В качестве ветрозащитной применяются и приведенные
выше формы — замкнутая и полузамкнутая.
На рис. 16.10 показан пример ветрозащитной планировки
микрорайона 203 в Мурманске. На западной окраине этого мик-
рорайона имеются элементы строчной застройки, эта часть бо-
лее открыта ветрам. Характерный пример группы ветрозащит-
ных домов приведен на рис. 16.11 (Тольятти). Два—три эшелона
криволинейных в плане домов закрывают внутренние дворы, а
между этими «скобами», где ветры усилены, поставлены дома
«торцом к ветру».
Периметральная ветрозащитная застройка может носить и не
замкнутый, а более свободный характер. В качестве примера, где
форма микрорайона определилась природным окружением, необ-
ходимостью ветрозащиты и поисками сомасштабного человеку
пространства, может быть приведен научный городок Сибирского
отделения Академии сельскохозяйственных наук (рис. 16.12).
- 283 -
Рис. 16.10. Ветрозащитная планировка микрорайона 203 в Мурманске
Рис. 16.11. Микрорайон №7 в Тольятти с группами ветрозащитных
Ьомов криволинейных очертаний
Каждый из трех микрорайонов представляет собой окруженную
полянами и березовыми рощами круглую по абрису территорию,
обстроенную 9-этажными криволинейными в плане корпусами с
разрывами между ними. Внутреннее пространство заполнено зда-
ниями со снижающейся к центру высотой от девяти до двух эта-
жей. Центр занят торговым комплексом, школой и детскими уч-
реждениями с прилегающими к ним участками соответствующих
размеров.
Идея защиты микрорайона от ветра в январе, когда средняя
скорость ветра юго-западного направления составляет 5,4 м/с и
имеет повторяемость 29%, нашла свое органичное решение в ар-
хитектуре микрорайона. Исследования врачей-гигиенистов под-
твердили благоприятность сформированной в результате приня-
того композиционного решения внутренней среды микрорайона.
- 284 -
Рис. 16.12. Жилой микрорайон ВАСХНИЛ в Новосибирске. Общий вид
и фрагмент застройки
Ощущение уюта и сомасшабности пространства человеку не по-
кидает пешехода внутри жилого комплекса, а при подходе к пе-
риферии возникает иное ощущение масштабных соотношений
между крупными корпусами и просторами окружающих полей
и рощ, с одной стороны, и с научно-производственными здания-
ми — с другой.
В условиях повышенного ветрового режима на участках тер-
ритории, открытой доступу ветра, наиболее оптимальными сле-
дует считать П-, Г-, Т- и U-образные группировки зданий, обра-
щенные сблокированным углом к наветренной стороне горизон-
та. В пространстве между ветрозащитными комплексами целе-
сообразно применение свободной постановки линейных и точеч-
ных зданий. На этой же территорий, в зоне ветровой тени, обес-
печиваемой ветрозащитной застройкой, т.е. на расстоянии 7—8Н
от подветренного фасада ветрозащитного дома, следует разме-
щать детские учреждения. На рис. 16.13 показаны размеры за-
щищенных от ветра зон (К < 0,5) в зависимости от параметров
зданий, в пределах которых могут быть размещены детские уч-
реждения и площадки отдыха [70].
- 285 -
150м
Рис. 16.13. Размеры защищенных от ветра зон в зависимости от па-
раметров зданий
Наиболее оптимальный ветровой режим внутри ветрозащит-
ных комплексов достигается на территории дворовых про-
странств площадью от 0,35 (для пятиэтажной застройки) до
1,4 га (для 9—12-этажной застройки) с допуском увеличения
площади двора до 1,8 га. При этом разрыв между зданиями, рас-
положенными фасадами к направлению господствующего ветра
и формирующими дворовое пространство, не должен превышать
3—4Н. К сожалению, такая композиция застройки ухудшает ус-
ловия инсоляции и аэрации, поэтому может применяться толь-
ко в тех случаях, когда ведущим фактором принятия проектного
решения служит необходимость ветрозащиты [58].
Приемы архитектурно-планировочной композиции застрой-
ки с целью ветрозащиты территории представлены в табл. 16.8,
где под коэффициентами скорости ветра принимается кратность
его снижения по сравнению со скоростью набегающего на за-
стройку потока воздуха.
При повышенном ветровом режиме пространство жилой тер-
ритории целесообразно формировать не отдельными домами, а
самозатеняющейся системой зданий, например, Г-образными зда-
- 286 -
Таблица 16.8. Ветрозащитные свойства различных групп зда-
ний [70]
Приемы застройки Коэффициенты скорости ветра
|| 0,5-7 ( !‘i ii направление ветра ; 1-1г5Н ьн ->)
11 1,5- L 1.4н. II 1 • ШЪ2~ЗН J 0,35-0,45
|2-3 0,35-0,50
зн1 ,| | 1 0,30-0,40
2сг-г,5н 0,25-0,35
0.20-0,30
5 0,20-0,50
Е ^4Н Jэ-7Н^ % 010_040
- 287 -
ниями. При этом наиболее оправданны планировочные схемы
размещения жилых зданий: квадратно-периметральная, П-образ-
ная и Г-образная при длине зданий 80 м.
При постановке пятиэтажного здания перпендикулярно на-
правлению ветра длина ветровой тени распространяется на 6Н
здания (рис. 16.14 а). При двух параллельно стоящих зданиях
протяженность непрерывной ветровой тени между ними состав-
ляет 8Н, при этом ветровая тень второго здания составляет 4Н
(см. рис. 16.14 а). Постановка двух параллельно стоящих зданий
под углом 45° к ветру резко снижает размеры ветровой тени
(рис. 16.14 в). При направлении ветра вдоль фасадов зданий ис-
ходная скорость ветра практически не снижается, а около навет-
ренных торцов образуются зоны повышенных скоростей ветра
(рис. 16.14 6).
При застройке территории двора жилыми зданиями одной
этажности (рис. 16.14 г-ж) максимальная площадь ветрового за-
тенения отмечается в квадратном периметральном дворе. Ис-
ключение одной или двух сторон периметра прямоугольного
двора приводит к уменьшению ветрового затенения в два раза.
При застройке территории кварталов зданиями разной этаж-
ности также отмечается увеличение площади затенения по срав-
зона снижения исходной ско-
рости ветра на 50% и более
зона повышения исходной ско-
рости ветра
5 этажей
9 этажей
12 этажей
h — высота здания
Рис. 16.14. Максимальная протяженность и форма ветровой тени от
отдельно стоящих зданий и групп 5-, 9- и 12-этажных жилых зданий
- 288 ~
нению с застройкой одинаковой этажности, несмотря на исклю-
чение одной или двух сторон периметра (рис. 16.14 з—л). Это
указывает на целесообразность включения в застройку жилых
групп зданий повышенной этажности. Затененная территория
П-образного двора (см. рис. 16.14 ж) увеличилась более чем в
четыре раза после введения 9—12-этажных зданий (см. рис.
16.14 и—к}. При этом площадь ветрового затенения П-образных
и Г-образных дворов существенно не изменяется при одинако-
вой протяженности фасадов (см. рис. 16.14 к, 16.14л) [58].
Рис. 16.14 (продолжение). Максимальная протяженность и форма вет-
ровой тени от. отдельно стоящих зданий и групп 5-> 9- и 12-этажных
жилых зданий
- 289 -
16.4. Оценка размеров ветровой тени
и условий аэрации микрорайонов
В практике градостроительства часто встречаются случаи,
когда здания размещаются одиночно или на достаточно большом
удалении друг от друга, поэтому нецелесообразно рассматривать
их совместное влияние на ветровой режим. В таких случаях не-
обходимо учитывать ориентацию относительно преобладающих
ветров каждого здания по отдельности.
Величина ветровой тени зависит от геометрических размеров
здания, а ее размеры возрастают с увеличением высоты или дли-
ны дома и уменьшением его ширины. Форма зоны ветровой
тени зависит от угла наклона ветра к зданию. Здание, располо-
женное фасадом перпендикулярно или под небольшим углом
(до 30°) к преобладающему направлению ветра, является луч-
шим барьером на его пути в застройку. За зданием образуется
зона пониженных скоростей ветра, глубина которой составляет
от 3 до 7 высот дома. Для определения размеров ветровой тени
за зданием, имеющим длину менее 10 собственных высот, мож-
но использовать формулу (по Г.К. Гольдштейн):
Nm = (10,8Н - W) К,
где: Nm — размер ветровой тени за зданием, м; Н — высота зда-
ния, м; W — ширина корпуса здания, м; К — коэффициент, учи-
тывающий длину здания (принимается согласно расчету
Н.М. Юмсона по табл. 16.9} [70].
Таблица 16.9. Значение коэффициента скорости ветра К в зави-
симости от длины и высоты здания
Высота здания, м Длина здания, м
40 80 120 160 200
12 0,50 0,75 1,00 1,10 1,20
16 0,50 0,70 0,90 1,00 1,10
Для расчета площади штилевой зоны за зданием в зависимо-
сти от направления ветра у, длины здания 1 и глубины ветровой
тени b можно использовать формулу [42]:
5ШТ = bxsinyxb(l - 0,18b). (16.2)
С помощью графика, представленного на рис. 16.15, можно
определить длину ветровой тени в зависимости от параметров
здания при направлении ветра под углом 90° к фасаду. График
- 290 -
показывает зависимость размеров ветровой тени от изменения
’ коэффициента снижения скорости ветра свободного потока. Он
позволяет также определить зоны, характеризующиеся снижени-
( ем скорости свободного потока от 40 до 70%.
Из графика следует, что длина ветровой тени зданий изме-
няется от 1,5 Н (что соответствует отношению длины фасада зда-
ния к высоте 1:3) до 12Н при отношении длины фасада к высо-
i те 20:1. Дальнейшее удлинение многосекционного здания не
дает увеличения длины ветровой тени. В реальных условиях за-
стройки современными типами жилых зданий максимальная дли-
на ветровой тени может составить, например, 135 м для пятиэтаж-
' ного здания (9Н при длине здания 150 м). Жилые здания, превы-
.. шающие в длину 150 м, строятся относительно редко.
При пользовании графиком следует учитывать, что строчная
застройка обеспечивает снижение скорости ветра до комфорт-
ных значений (0,5—3,5 м/с), если скорость свободного потока не
: превышает 5—6 м/с, застройка наветренного угла — 7—8 м/с,
периметральная — 10—12 м/с [42]. При различных уклонах
местности расчет длины ветровой тени за зданием и снижение
: скорости ветра на территории застройки можно осуществить с
помощью графика, представленного на рис. 16.16 [70].
Рассмотренные приемы застройки обеспечивают ветровое за-
! тенение не более 1,4—1,5 га жилой территории. Даже при спе-
циальных приемах застройки жилой территории 5-, 9- и 12-
этажными зданиями на плоском рельефе при соблюдении дей-
ствующих норм планировки и застройки регулирование ветро-
вого режима возможно только при скорости свободного потока,
Рис. 16.15. Зависимость длины ветровой тени здания от отношения
длины здания к его высоте на ровной местности при ветре, перпенди-
кулярном зданию. Снижение скорости ветра: I — на 70%, II — на 60%,
III - на 50%, IV - на 40%
- 291 -
Площадь и форма ветровой тени зданий зависят не только
от этажности застройки и ее ориентации по отношению к пре-
обладающему направлению ветра, но и от площади территории
дворового пространства. Данное положение иллюстрируется
примерами, представленными на рис. 16.17 [42]. Наилучшие ус-
ловия ветрового затенения обеспечиваются в тех случаях, когда
расстояние между зданиями превышает длину ветровой тени
здания, располагаемого с наветренной стороны, и отсутствуют
разрывы между торцами зданий (рис. 16.17а). Оптимальным
приемом застройки территории жилых дворов является застрой-
ка Г-образными в плане многоэтажными зданиями. Максималь-
ная площадь ветровой тени составляет в этом случае 80% общей
территории двора. •
Наихудшие условия складываются во дворах, где расстояние
между двумя противостоящими зданиями превышает протяжен-
ность ветровой тени, поэтому между отдельными домами возни-
кают зоны усиления исходной скорости ветра (рис. 16.17 б). Ми-
нимальная площадь ветровой тени составляет 13% территории
двора, при этом 11% дворового пространства находятся в зоне
ускорения свободного ветрового потока.
Аэрация пространства жилых дворов, представленных на рис.
16.17 при различных направлениях ветра, дана в табл. 16.10, где
показана зависимость площади ветровой тени от планировки дво-
ра и площади его территории при СВ и СЗ направлениях ветра.
Таким образом, зная коэффициент снижения скорости ветра в
различных приемах застройки, при разных площадях дворового
пространства и ориентации застройки по отношению к преобла-
дающим ветрам, можно выбрать вариант планировочного реше-
ния. Это особенно актуально при разработке проектов планиров-
ки городской территории, а также при реконструкции и уплотне-
нии застройки, если при этом предусматривается размещение вы-
сотных зданий, влияющих на повышение скорости ветра.
Рис. 16.16. Расчет длины ветровой тени за зданием при разных укло-
нах местности: 1 — 0%, 2 — 10%, 3 — 30%, 4 — 50%
- 292 -
a
б
Рис. 16.17. Примеры аэрационного режима территории жилых домов
при разных направлениях ветра (ЦНИИП градостроительства)
~ 293 -
Таблица 16.10. Аэрация дворов при СЗ и СВ направлениях ветра
Варианты плани- ровки дворов Площадь терри- тории двора, га Процент площади территории, на которой скорость ветра составляет менее 50%
при СВ направ- лении ветра при СЗ направ- лении ветра
1,1 73,5 75,0
0,6 77,0 73,0
1,1 42,0 100,0
1,8 56,6 81,0
3,5 41,0 63,0
0,9 90,0 10,0
0,6 36,0 50,0
/\ ''' ''' 8,0 11,0 1,0
— 9 этажей
- 294 -
Если микрорайон располагается у края городской застройки
и открыт к какому-либо неблагоприятному ветру, используют
«ветрозащитный фронт», т.е. группы протяженных зданий или
лесных полос, предназначенных для защиты территории всего
микрорайона (рис. 16.18). В этих случаях на наветренной грани-
це микрорайона в разрывах между зданиями могут возникать
весьма сильные ветровые потоки типа «струйных течений» с
повышенной турбулентностью. На рис. 16.18 видно, как архитек-
торы пытались прикрыть разрывы изгибами зданий, желая «по-
гасить» эти потоки и снизить их турбулентность.
При увеличении протяженности и высоты зданий ветровое
затенение городских территорий целесообразно обеспечивать
путем членения их на отдельные «самозатеняющиеся» жилые и
общественные пространства. Максимальным разрывом между
комплексами ветрозащитной застройки следует считать разрыв
10—12Н в условиях спокойного рельефа. При этом увеличива-
ется относительная площадь территории, характеризующейся
комфортными условиями аэрации.
Для оценки внутридворовых пространств городов, располо-
женных в умеренно-континентальном климате, существуют два
подхода — микроклиматический и архитектурно-художествен-
ный. ЦНИИП градостроительства рекомендует в общем случае
пропорции дворов принимать в размере 4—6Н на 4—6Н [66].
Рис. 16.18. Вариант экспериментального проекта застройки квартала
в Мурманске
- 295 -
Рис. 16.19. Жилой комплекс Пшиязнъ во Вроцлаве (Польша)
Такие пропорции могут обеспечить оптимальные условия инсо-
ляции, ветрозащиты и аэрации. При 9-этажной застройке разме-
ры дворов должны составлять от 85x85 м до 125x125 м (0,7—1,6
га). Эти пропорции близки к рекомендуемым Самарским НИИ
гигиены. В рекомендациях этого института указывается, что
наиболее существенное влияние на смягчение микроклимата
придомовой территории оказывают полуоткрытые пространства
площадью 1,0—1,5 га. Исследователи художественных качеств
застройки относят к числу вполне гармоничных и сомасштабных
человеку группы домов с площадью дворов 0,7 га при 5-этаж-
ных домах. Отмечаются также возможности организации выра-
зительного пространства во дворах, где ширина глубокого кур-
донера составляет 6—-7Н. Опыт застройки 9-этажными домами в
районе Сосновая поляна в Петербурге и Зеленый Луг-5 в Мин-
ске подтверждает гармоничность этих пропорций [45].
Комплекс Пшиязнь (Вроцлав, Польша), представляющий со-
бой замкнутые группы, производит уютное, но несколько затес-
ненное впечатление (рис. 16.19). Более свободно застроен район
Полянка в том же городе, где полузакрытые пространства защи-
щены от ветра, пыли и шума магистралей (рис. 16.20).
Близость результатов, полученных исследователями микро-
климата и эстетики застройки, неслучайна, поскольку основой
художественности в архитектуре является композиционное ос-
мысливание проектантом логики функционального и конструк-
тивного решения, а оценка художественности объекта зрителем
базируется на опыте восприятия композиционно полноценной
архитектуры, которая создается в логическом соответствии с
функциональными требованиями.
- 296 -
Рис. 16.20. Применение поворотных вставок при застройке района
Полянка во Вроцлаве (Польша). Генплан
16.5. Основные направления климатозащиты
для условий Москвы
Опыт застройки ряда городов с умеренным климатом пока-
зывает, что на формирование благоприятного микроклимата в
застройке положительно сказывается применение крупного мас-
штаба пространств магистральных улиц и более мелкого масш-
таба внутриквартальных территорий.
В Москве неблагоприятные микроклиматические условия
наблюдаются именно в гипертрофированных по размерам, неза-
щищенных от ветра внутридворовых пространствах районов
Чертаново, Беляево, Медведково, Строгино. Там число жителей,
гуляющих зимой, в 1,5 раза меньше, чем в районах с компакт-
ной застройкой, защищенной от господствующих ветров.
- 297 -
Подтверждение целесообразности комплексного подхода к
формированию среды в городе можно найти и в материалах сим-
позиума ученых Финляндии и бывшего СССР [34]. Тогда стоял
вопрос, актуальный для Москвы и сегодня: приблизить природу
к горожанину, ввести природный, заведомо человечный архитек-
турный масштаб в город, индивидуализировать среду с помощью
природы.
Для природно-климатических условий Москвы вообще очень
актуален опыт учета микроклиматических условий при проек-
тировании и застройке городов Скандинавии [9]. В скандинав-
ских странах в 60-е годы XX века активно шел процесс форми-
рования застройки с учетом природного окружения и микрокли-
мата среды. Так, если в старых районах Копенгагена ориентация
жилых домов подчинялась принципу «окна жилых комнат долж-
ны выходить на улицу, а подсобных помещений ~ во двор»
(район Вестербро), то во второй половине прошлого века дат-
ские архитекторы отказались от этого принципа и располагают
дома так, чтобы окна жилых помещений выходили на солнеч-
ную сторону, где, как правило, расположены зеленые массивы.
Типичным стал прием расположения домов вокруг зеленых мас-
сивов, обращение к зелени полуоткрытых дворовых пространств
(районы Росте и Барунбаккарна, Эребру, Швеция); размещение
разноэтажной, смешанной застройки, позволяющей обеспечить
хорошее проветривание и инсоляцию, а также выявить объем-
но-пространственную и силуэтную композицию, характерную
большим разнообразием, чем при строительстве однотипных до-
мов заводского изготовления.
Обобщая этот опыт, можно прийти к выводу, что для Моск-
вы должны быть характерны полузамкнутые, раскрытые на бла-
гоприятную сторону формы застройки. Форма и вектор ориен-
тации пространства дворов должны выбираться в разных мик-
рорайонах по-разному, в зависимости от рельефа, акваторий, вет-
ра, солнечного облучения. Правильно спроектированные дворы
и внутриквартальные пространства, при проектировании кото-
рых архитектор осмысливает логику функционального решения
(в данном случае логику микроклиматических воздействий), не
могут быть эстетически неприглядными. Учет микроклимата яв-
ляется для проектанта «подсказкой логичной формы». Исполь-
зуя эту «подсказку» и собственный индивидуальный художест-
венный вкус, зодчий достигает не только благоприятных микро-
климатических условий во дворах, но и их выразительного
объемно-планировочного решения.
- 298 -
Глава 17
Влияние озеленения и благоустройства на микроклимат
17.1. Средозащитные функции зеленых насаждений
В системе градостроительных мероприятий, направленных
на решение проблемы охраны и улучшения качества окружаю-
щей среды в городе, особое место занимают зеленые насаждения,
которые обладают целым комплексом разносторонних оздорови-
тельных и средозащитных свойств. Одно из них — повышение
комфортности микроклимата. Общегородские и внутрикварталь-
ные зеленые насаждения являются важным и обязательным эле-
ментом города и в санитарно-гигиеническом отношении.
Сразу следует отметить, что разговоры о зеленых насажде-
ниях, как о чуть ли не единственных источниках кислорода для
дыхания жителей городов, не имеют под собой абсолютно ника-
ких научных оснований. Содержание кислорода в атмосфере со-
храняется на уровне 21% в течение последних 200 миллионов
лет. За это время сложилось устойчивое равновесие между вы-
делением и потреблением кислорода растениями и животными,
его связыванием и участием в глобальном геохимическом цик-
ле. Основным продуцентом кислорода является Мировой океан,
дающий около 70% кислорода на Земле. Снижение концентра-
ции кислорода в какой-либо точке Земли за счет дыхания жи-
вых организмов и сжигания органического топлива быстро вос-
станавливается в результате вертикального и горизонтального
перемешивания атмосферного воздуха. В результате в местах
выделения и потребления кислорода его концентрация изменя-
ется не более чем на 0,01—0,001%, что находится в пределах из-
менения парциального давления кислорода, наблюдающегося
при росте или падении атмосферного давления в синоптических
образованиях (при изменении погоды) [103].
Растения поглощают около 1 /3 выработанного ими же в про-
цессе фотосинтеза кислорода для собственного дыхания, осталь-
ные 2/3 расходуются при разложении растительных остатков.
Таким образом, положительный баланс кислорода достигается
только при удалении отмершей растительной массы (например,
уборке листьев) или при их отложении в виде торфа, угля и т.д.
В городских лесах и лесопарках этого не происходит, поэтому
распространенное мнение о них как о «легких города» является
всего лишь заблуждением обывателей.
Функции зеленых насаждений в городах заключаются в дру-
гом — очищении атмосферного воздуха от химического загряз-
- 299 -
нения, их благоприятном воздействии на городской климат и
снижении уровня шума. Это очень важно понимать для выра-
ботки грамотной, научно обоснованной стратегии развития си-
стемы зеленых насаждений в городе и обращении с уже суще-
ствующими озелененными территориями.
Для выполнения своих средозащитных функций зеленые на-
саждения должны иметь вполне определенную конструкцию.
Загущенные посадки деревьев мало помогают самоочищению
атмосферы. Под их кронами воздух застаивается, переувлажня-
ется, создаются благоприятные условия для размножения в воз-
духе патогенных микроорганизмов. Кроме того, только под све-
то- и воздухопроницаемыми кронами формируется полноцен-
ный травянистый покров, защищающий почву от переуплотне-
ния, пересыхания и пыления.
Для фильтрации атмосферного воздуха кроны деревьев долж-
ны быть свето- и воздухопроницаемы, не сомкнуты. Обязатель-
ным условием является удаление опавших листьев, поскольку в
тканях и на поверхности листьев за теплый период года накап-
ливается большое количество пыли и других вредных веществ,
поглощенных из воздуха. Например, за сутки на поверхности
листьев взрослого вяза может осесть до 70 кг мелкодисперсной
пыли, а одна взрослая липа крупнолистная может поглотить
около 5 кг токсичных газов (см. Приложение ШБ).
Зеленые насаждения не только способствуют очищению ат-
мосферного воздуха и снижают скорость ветра, но также регу-
лируют температурно-влажностный режим городской среды и
условия инсоляции территории, активно влияя на ее биоклима-
тическую комфортность, особенно в летний период. При жаркой
погоде в городе могут создаваться неблагоприятные микрокли-
матические условия, ухудшающие теплоощущения человека под
влиянием следующих факторов:
а) на открытых местах человек подвергается воздействию пря-
мых солнечных лучей, что может обусловить явления перегрева;
б) поверхности стен зданий, мостовых, тротуаров и почвы
дают значительное количество отраженной лучистой энергии,
которая ухудшает радиационный режим открытых мест в горо-
де, излучение таких нагретых поверхностей может составлять
30—40% от прямой солнечной радиации;
в) вблизи нагретых поверхностей температура воздуха зна-
чительно повышается.
Следовательно, житель города, находящийся на открытой,
неозелененной территории, на тротуаре или в квартале вблизи
зданий, может подвергаться воздействию не только прямой сол-
- 300 -
печной радиации, но и дополнительной радиации сильно нагре-
тых поверхностей и влиянию более высокой температуры воз-
духа.
Решение городского озеленения на всех стадиях проектиро-
вания, начиная от выбора системы зеленых насаждений и закан-
чивая приемами озеленения отдельных участков застройки, дол-
жно производиться на основе последовательного учета состоя-
ния окружающей среды, ее отдельных компонентов и режима их
функционирования в локальном масштабе. Эта последователь-
ность определяется иерархией природно-климатических и градо-
строительных условий, а также особенностями микроклимати-
ческого режима, обусловленными влиянием местных природных
факторов и объемно-планировочным решением застройки раз-
личного масштаба.
Система озеленения, если проектное решение по озеленению
и благоустройству принято рационально, может существенно
влиять на такие важные показатели качества городской среды
как содержание в воздушном бассейне городов вредных приме-
сей, прозрачность атмосферы, приход ультрафиолетовой радиа-
ции, температуру и влажность воздуха. Путем оптимального рас-
положения застроенных участков и открытых озелененных про-
странств можно эффективно регулировать аэрационный режим.
Только с этой точки зрения может быть проведена аналогия
функций озелененных пространств с функциями легких.
17.2. Эффективность системы озеленения в Москве
Радиально-кольцевая система озеленения с включением зе-
леных клиньев удачно сочетается с архитектурно-планировоч-
ной структурой Москвы. Зеленые клинья Москвы берут свое
начало в лесах пригородной зоны и глубоко проникают в преде-
лы города. Таким образом, они играют роль «каналов» поступ-
ления свежего, прозрачного воздуха пригородов и крупных го-
родских зеленых массивов на территорию жилых районов и дру-
гих структурных частей города, включая его центр. Микрокли-
матический эффект зеленых клиньев выражается в улучшении
условий аэрации центральных районов. В целом по Москве про-
исходит сокращение площади безбризовой зоны в пределах Са-
дового кольца на 20—25%. Наибольшей оздоровительной эффек-
тивностью зеленых насаждений в улучшении состояния окружа-
ющей среды Москвы отличаются западный, северо-восточный и
юго-западный зеленые клинья, глубоко проникающие в город и
имеющие выход в пригородную зону (рис. 17.1; 17.2).
- 301 -
Влияние зеленых насаждении на улучшение комплекса по-
казателей окружающей среды города в целом и непосредственно
озелененной территории обеспечивается:
— единой дифференцированной системой озеленения города
и лесопаркового защитного пояса с оптимальным распределени-
ем открытых озелененных и застроенных пространств;
— наличием в системе озеленения крупных зеленых масси-
вов или крупных территориальных парковых систем — лесопар-
ковых клиньев, включающих водные и другие открытые естест-
венные пространства, смежные парки, сады, отдельные общест-
венные комплексы, расчленяющих застроенные массивы города
и проникающих к городским центрам;
— наличием переходных звеньев — озелененных пешеходных
полос, бульваров, специальных и защитных полос различного
Канал исступления чистого воздуха
о о Ядра (резервуары) чистого воздуха
== Зоны интенсификвции проветривания
Зоны еотивного терморегулирующего воздей-
1 ' стеия не прилегающую застройку
ж»» зоны микрокг*1мат11чес1юго воздействия на
прилегающую застройку
ШИЛ Зеленые массивы, выполняющие санитарно-
защитную функцию
Природные условия
ф наиболее благоприятные
Ф благоприятные
9 менее Благоприятные
Санитарно-гигиенические условия
ЙЯЯЙ относительно неблагоприятные
менее Благоприятные
Степень застроенное™
11111Ш1 ильная
средняя
Рис. 17.1 (слева). Комплексная оценка зеленых клиньев с позиций оздо-
ровления. окружающей среды Москвы
Рис. 172 (справа). Комплексная оценка зеленых клиньев для целей
рекреации
- 302 -
назначения, связывающих крупные парковые массивы и лесо-
парки с озеленением жилой застройки;
— оптимальным соотношением в озеленении древесно-ку-
старниковых пород на открытых пространствах города и доста-
точной лесистостью территории пригородной зоны;
— рациональной архитектурно-пространственной организа-
цией и оптимальной качественно-видовой структурой насажде-
ний: полнотой, ярусностью, ассортиментом растений, включая
конструкцию озеленения отдельных функциональных элементов
городской территории.
Сложившаяся система озеленения Москвы во многом отвеча-
ет перечисленным требованиям обеспечения благоприятных усло-
вий на территории города. Архитектурно-художественный облик
Москвы примечателен органичным сочетанием современной пла-
нировки и застройки с богатым природным ландшафтом.
В результате многолетних исследований ЦНИИП градостро-
ительства получены данные, показывающие в количественном
выражении влияние основных элементов системы озеленения —
крупных зеленых массивов города — на режим характеристик
прозрачности атмосферы, а также на уровни освещенности и
ультрафиолетового облучения (рис. 17.3). Доказано, что крупные
лесопарковые клинья при их наветренном расположении явля-
ются эффективными проводниками свежего воздуха вглубь го-
родской территории. Например, оздоровительная роль северо-
восточного зеленого клина (Погонно-Лосиноостровский лесо-
парк) выражается в повышении прозрачности воздуха в 1,5—
2 раза, причем это влияние не ограничивается прилегающими
жилыми районами, а распространяется вплоть до Центрального
административного округа.
В пределах городской территории прозрачность атмосферы
неодинакова: изменение фактора мутности составляет 20% (рис.
17.3). При западном направлении ветра фактор мутности одина-
ково низок как на наветренной окраине, так и над северо-во-
сточным зеленым клином, чтр свидетельствует о наличии ядра
чистого воздуха над этим лесопарком и затоке чистого воздуха
в прилегающие жилые районы.
При прохождении над лесопарками и крупными парками пло-
щадью 600—1000 га (Погонно-Лосиноостровский, Измайловский,
Кузьминский лесопарки) загрязненные воздушные массы суще-
ственно очищаются. Фактор мутности снижается на 10—30%, а
аэрозольное помутнение, характеризующее долю взвешенных
примесей, снижается на 10—40%, что приводит к повышению ин-
тенсивности видимой и ультрафиолетовой радиации на 15—25%
- 303 -
Рис. 17.3. Влияние зеленых массивов на радиационный режим Москвы:
а ~ при северо-восточном ветре; б — при западном ветре; 1 — фактор
мутности; 2 — ультрафиолетовая радиация; 3 — освещенность; 4 —
аэрозольная составляющая
- 304 -
(рис. 17.4). Отсюда очевидна необходимость сохранения на тер-
ритории городов всех крупных зеленых массивов, даже не смотря
на высокую привлекательность их территорий для жилищного
строительства и других видов хозяйственного использования.
Система озеленения Москвы оказывает существенное влия-
ние на регулирование и такого признака климата крупных горо-
дов как «остров тепла». Плотно застроенный центр Москвы в
летние ясные дни заметно перегревается по сравнению с пери-
ферией и окраинными районами. Суммарное терморегулирую-
щее влияние, заключающееся в снижение интенсивности «ост-
рова тепла» существующей системой зеленых массивов Москвы,
оценивается как минимум в 1—2°С. С увеличением площади зе-
леных насаждений согласно Генеральному плану Москвы, сум-
марный эффект системы озеленения на уровне верхней границы
застройки и крон деревьев достигнет 3,2 °C, что больше суще-
ствующего почти в три раза [32].
В более мелком масштабе влияние зеленых насаждений на
смягчение температурного режима проявляется в том, что темпе-
ратура листвы за счет транспирации никогда не достигает таких
Рис. 17.4. Распределение фактора мутности атмосферы на террито-
рии Москвы при западном ветре
- 305 -
высоких значений, как температура поверхности почвы и искус-
ственных покрытий. Зеленые насаждения в виде древесных и ку-
старниковых посадок, газонов и вьющихся растений защищают
искусственные поверхности от прямой солнечной радиации,
уменьшая нагрев воздуха и понижая радиационную температуру
в объеме пространства застройки. Это способствует смягчению
дискомфортных условий в летнее время в жилых кварталах, на
улице и в городе в целом, хотя над асфальтированными участка-
ми отмечается повышение температуры воздуха на 1,5—3,0°С по
сравнению с общим температурным фоном микрорайонов и дво-
ров. На территории кварталов с высокой степенью озеленения,
расположенных на периферии города, наоборот, температура воз-
духа снижается на 1,0—1,5° С по сравнению с фоном, а в город-
ских лесах и лесопарках снижение может достигать и 6° С.
Наиболее протяженные элементы системы озеленения Моск-
вы включают водные пространства и рельеф долин реки Москва
и ее притоков. Наряду с высокой ландшафтной выразительностью
с их помощью достигается значительный микроклиматический
эффект как в результате комплексного терморегулирующего воз-
действия растительности и водной поверхности, так и вследствие
снижения скорости ветра. Терморегулирующая роль реки Москва
в черте города на свободной от застройки территории прослежи-
вается на расстоянии до 100 м, при этом максимальное снижение
температуры воздуха в летний период составляет 1,5—2,0°С и от-
мечается в полосе до 50 м от уреза воды. Покрытые асфальтом
набережные при определенных погодных условиях (штиль, безоб-
лачно) могут полностью нейтрализовать это явление. За счет ре-
гулирования теплового режима в прибрежных зонах создаются
благоприятные микроклиматические условия, в большинстве слу-
чаев используемые в качестве зон рекреации.
17.3. Зависимость эффективности озелененных территорий
от их размеров и структуры
Мелиоративный эффект системы зеленых насаждений на
разных уровнях приземного слоя атмосферы зависит от величи-
ны зеленых массивов (рис. 17.5, табл. 17.1}, их взаиморасполо-
жения по отношению к застройке, протяженности вдоль господ-
ствующих ветров и видовым составом растительности. Расстоя-
ние, на которое распространяется влияние узкой полосы расте-
ний, не превышает 15-кратной высоты насаждений. Микрокли-
матический эффект от небольших зеленых массивов прослежи-
вается на расстоянии до 150 м; от массивов площадью более 3 га
- 306 -
Рис. 17.5. Интенсивность снижения температуры воздуха зелеными
массивами в зависимости от их размеров [145]
— до 200 м; от массивов площадью 15 га — до 800 м. При разме-
рах зеленых массивов свыше 600—1000 га заметное снижение
концентраций загрязняющих веществ наблюдается в 2—4-кило-
метровой зоне. Загрязнение воздуха пылью снижается в 2—3
раза, что приводит к существенному улучшению радиационного
режима — интенсивность видимой и ультрафиолетовой радиа-
ции возрастает на 15—25%.
Таблица 17.1 Зависимость снижения температуры от площади
зеленого массива (32]
Объекты Характер насаждений Площадь, га At, °C
Сквер на ул. Чернышевского лиственные 0,42 1,8
Сквер на пл. Пушкина 0,82 2
Ботанический сад МГУ (старый) 6,2 2,8
Парк при стадионе «Динамо» 13,7 3,4
Парк Речного вокзала IC 24 2,7
Парк Дружбы смешанные 42 3,3
Лесопарк в Химках-Ховрино 148 4,5
Ботанический сад ВВЦ широко- лиственные 621 6
Измайловский лесопарк лиственные 1174 6,2
«Лосиный остров» (национальный парк) смешанные 2167 4,2
- 307 -
При движении воздушной массы над участком зелени про-
исходит интенсивное изменение температуры нижних слоев воз-
духа. Зафиксированы ситуации, когда снижение температуры
воздуха на высоте 2,5 м уже на расстоянии 100 м от наветренно-
го края участка составляло 7,5°С, а влияние зеленого массива на
температурный режим прилегающей территории распространя-
лось на расстояние двухкратной его длины (рис. 17.6). Зеленый
массив площадью 10 га летом снижает температуру воздуха все-
го на ГС. Однако за счет поддержания низкой температуры ли-
стьев в результате транспирации ими влаги существенно снижа-
ется радиационная температура в подкроновом пространстве
даже небольших групп деревьев (рис. 17.6 е). Солнечному нагре-
ву подвергаются листья, в основном, верхних слоев кроны де-
ревьев. Эти слои берут на себя роль «деятельной поверхности»,
которая имеет температуру на 2—5° выше, чем температура воз-
духа под кронами. В то же время поверхности листьев нижних
слоев, защищенные от прямого солнечного облучения, имеют
температуру ниже температуры окружающего воздуха внутри
зеленого массива. Этому способствует также значительное испа-
рение листьями влаги.
Рис. 17.6. Роль системы озеленения Москвы в регулировании микрокли-
мата: а — система озеленения города — существующие (1) и проекти-
руемые (2) зеленые насаждения; лесопарки (3); о — изменение темпе-
ратуры воздуха на различных высотах под влиянием единичного зеле-
ного массива; в — снижение температуры воздуха под влиянием суще-
ствующей системы озеленения (I), добавляемой согласно Генеральному
плану (II), и суммарный эффект (III) на различных высотах
- 308 -
Температура почвы среди лесного массива даже в жаркий
солнечный день не только ниже температуры почвы и воздуха
открытых пространств, но на 2—3° ниже температуры воздуха в
лесу, что обусловлено меньшей интенсивностью солнечной ра-
диации среди лесного массива, меньшим нагревом поверхности
почвы.
Летом в жаркую погоду температура почвы среди внутри-
квартальных насаждений в сквере и в однорядных уличных по-
садках на 6° ниже температуры почвы неозелененной террито-
рии города. Температура воздуха среди внутриквартальных на-
саждений на 7,5°, в скверах на 5,2°, в палисаднике на 3,4° и в
однорядных уличных посадках на 2° ниже, чем температура воз-
духа на открытых местах.
Величина радиационно-температурного, перепада на открытых
участках и защищенных древесными посадками зависит от разме-
ра озелененной площади, а также густоты лиственного покрова и
плотности кроны деревьев и кустарников. Небольшие площадки
зеленых насаждений и редкая посадка деревьев оказывают незна-
чительное влияние на снижение температуры воздуха. Разность
температуры воздуха среди таких насаждений и городского воз-
духа практически не наблюдается. Тем не менее даже небольшие
участки, засаженные деревьями (скверы, бульвары и уличные од-
норядные насаждения), снижают радиационную температуру в
тени деревьев и тем самым оказывают благоприятные влияние на
человека, находящегося среди таких посадок.
Перепад радиационных температур между территорией круп-
ного зеленого массива с сомкнутыми кронами деревьев, дающи-
ми сплошную тень, и открытым инсолируемым участком сквера
с партерной зеленью может составлять 38°С, тогда как перепад
между затененным участком .под кронами редких деревьев в
сквере и облучаемым участком газона при тех же погодных ус-
ловиях составляет не более 24°С. Таким образом, радиационная
температура под кронами редких деревьев бывает выше, чем сре-
ди густого массива, почти на 14°С. Это говорит о том, что эф-
фективность действия зеленых насаждений на уровень солнеч-
ной радиации сказывается не столько на абсолютной величине
радиационной температуры в затененном месте, сколько на ве-
личине радиационно-температурного перепада между облучае-
мым и затененным участками. Чем больше эта разница, тем
выше эффективность действия зеленых насаждений на солнеч-
ную радиацию.
При переходе с озелененной площадки на открытую с радиа-
ционной температурой 60—70° у наблюдаемых лиц отмечались
- 309 -
значительные сдвиги в работе сердечно-сосудистой системы:
пульс учащался на 8—18 ударов в минуту а максимальное и ми-
нимальное кровяное давление понижалось на 5—10 мм ртутного
столба. Повышалась температура кожи и тела, ухудшалось само-
чувствие, появлялись общая слабость, сердцебиение, головокру-
жение, головная боль.
При переходе с площадки, затененной древесными насажде-
ниями, на открытую инсолируемую площадку с высокой радиа-
ционной температурой в пределах 22—30° (раннее утро, облач-
ные дни) у большинства людей сдвиги физиологических реак-
ций незначительны, а теплоощущение — комфортное.
На открытой городской территории на широте Москвы летом
в солнечные дни поток суммарной радиации может достигать
больших величин — в среднем 0,93 кал/см2-мин, среди зеленых
насаждений он падает до 0,12 кал/см2-мин, т.е. в 7 раз. Так, на-
пример суммарная солнечная радиация под каштаном конским
составляет всего 4,8%, а под тополем пирамидальным — почти
12% от суммарной радиации на открытых участках местности (из-
менение радиации на 0,07 кал/см2 уже ощущается человеком).
При большой сомкнутости полога, в густых лиственных на-
саждениях (полнота > 0,7) в жаркие дни преобладает темпера-
турная инверсия, которая выражается в значительном (до 10°С)
понижении температуры воздуха на уровне 1,5 м.
Понижение температуры воздуха на озелененных территори-
ях происходит не только из-за ослабления приходящей на по-
верхность земли суммарной солнечной радиации, но и за счет
испарения влаги растительностью при ее большей отражатель-
ной способности, чем у большинства искусственных поверхно-
стей. Исследования в Парке дружбы [83] показали, что темпера-
тура поверхности, занятая газоном, днем на 10—12° ниже темпе-
ратуры на асфальте. В результате температура воздуха на высо-
те 0,5 м над газоном понижена на 1,5—2,0°, на высоте 1,5 м тем-
пература также ощутимо ниже, чем над асфальтом.
Зеленые насаждения можно использовать и с целью интен-
сификации проветривания территории застройки как «каналы-
воздуховоды» или для создания термического контраста с пят-
нами застройки, в результате которого возникает микромасштаб-
ная термическая конвекция. Эти приемы широко применяются
в мировой практике градостроительства и считаются эффектив-
ными средствами подачи свежего воздуха вглубь застройки, если
такие «каналы» связаны с другими, достаточно большими мас-
сивами зеленых насаждений, особенно расположенными выше
по рельефу.
- 310 -
В небольших по площади, изолированных от крупных зеле-
ных массивов городских парках зона с комфортной средой прак-
тически отсутствует или занимает незначительную часть терри-
тории (менее 30%). Комфортные условия для отдыха населения
можно обеспечить только в крупных парках площадью более
50 га, где зона с комфортной средой при компактной форме озе-
лененной территории может занимать более 70% территории
(табл. 17.2, рис. 17.7). При этом микроклиматическая эффектив-
ность парков с большой территорией снижается по мере увели-
чения протяженности их внешней границы. В случаях, когда
участки парков имеют расчлененную или вытянутую конфигу-
рацию, зоны отрицательного воздействия внешних факторов
сближаются, и преимущество парков, обусловленное величиной
их территории, в значительней мере нивелируется [60].
Таблица 17.2 Изменение величины зоны комфортности в зави-
симости от размеров парка*
Площадь парка, га Радиус терри- тории парка, м Зона с комфорт- ной средой, % Визуальное влия- ние застройки (% территории)
3 100 9 33
7 150 29 24
20 200 50 15
50 400 68 10
100 600 78 5
В зависимости от площади зеленого массива и характера раз-
мещения насаждений создаются различные экологические усло-
вия для роста и развития растений: оптимальные — на террито-
рии крупных парков и садов, неблагоприятные — на асфальти-
рованных улицах, промежуточное положение занимают бульва-
ры и скверы. По сравнению с парковыми насаждениями у де-
ревьев, растущих на улицах Москвы, на 10—60% снижается ин-
тенсивность фотосинтеза и на 30—80% — дыхания. Количество
хлорофилла уменьшается на 15—55%. Последнее ослабляет про-
цессы синтеза органического вещества, что сказывается на жиз-
недеятельности растений, приводя к раннему пожелтению и
преждевременному листопаду. Продолжительность периода веге-
тации и облиствения деревьев, растущих на городских улицах, в
сравнении с посадками в парках, сокращается на 5—15 дней. Ча-
* Рассматриваются парковые массивы компактной формы, окруженные со всех
сторон транспортными магистралями.
- 311 -
стично эту проблему можно решить подбором более устойчивых
к городским условиям пород деревьев.
Ширина зоны влияния окружающей застройки на микрокли-
мат зеленого массива составляет 100—200 м (в зависимости от
начального контраста температуры). По мере увеличения площа-
ди зеленого массива от 0,5 до 200 га величина микроклимати-
ческих разностей возрастает для температуры воздуха от 1,5 до
6,5°С, для относительной влажности воздуха — от 2 до 13%. В
крупных массивах в жаркие дни температура, по сравнению с
прилегающей застроенной территорией, снижается на 4—6еС,
достигая комфортных значений. Относительная влажность воз-
растает на 6—8%, что практически не ощущается человеком, т.к.
бытовой порог ощущений по влажности составляет 10%. Зеле-
ные насаждения влияют на влажность воздуха вследствие испа-
рения влаги с поверхности листьев.
Влажность воздуха среди зеленых массивов в летние жаркие
дни на 18—22% выше, чем на открытых местах и в замкнутых
городских кварталах. На испарение 1 л воды требуется 600 ккал
тепла. Этот процесс способствует понижению температуры
листьев в нижних слоях кроны на 3—5° ниже окружающего воз-
духа, а также снижению температуры воздуха на 2—3° по срав-
нению с открытым пространством. Повышенная влажность воз-
Рис. 17.7. Размеры зон с комфортными условиями в зависимости от
конфигурации парков:
а — компактный участок; б — расчлененный; в — вытянутой формы;
1 — зона визуального влияния застройки; 2 — зона шумового диском-
форта; 3 — зона загазованности от автомагистралей; 4 — зона с ком-
фортной средой
- 312 -
духа зеленых массивов может распространяться на прилегающие
инсолирумые открытые пространства.
Влажность воздуха может повышаться по отношению к
влажности открытых пространств в зоне до 500 м от лесного
массива. Даже неширокие древесно-кустарниковые полосы
(10,5 м) могут увеличить на 8% влажность воздуха по сравнению
с открытой степью на расстоянии до 600 м.
Эта способность зеленых насаждений оказывать регулирую-
щие влияние на влажность воздуха в сухую, жаркую погоду сре-
ди городской застройки в сочетании с изменением радиацион-
ных и температурных условий является ценной в гигиеническом
отношении и должна быть широко использована при планиров-
ке и благоустройстве территории населенных мест путем макси-
мального внедрения зелени в жилые зоны.
В больших широколиственных массивах с многоярусными
насаждениями высокой плотности (Ботанический сад, лесопарк
Химки-Ховрино) ощущается существенное повышение влажно-
сти — выше порога ощущений. Здесь необходимо обеспечивать
дополнительное движение воздуха, обеспечивающее достаточное
проветривание. Обычно подвижность воздуха сохраняется в пре-
делах: на бульварах и скверах — 25—50%, в парках и лесопар-
ках — до 40% скорости ветра на открытой территории.
Таким образом, наиболее оптимальными по микроклимати-
ческой эффективности в Москве следует считать парки площа-
дью 50—100 и более га, которые, благодаря своим размерам, при-
годны для обеспечения благоприятных условий окружающей
среды, способствующих, в свою очередь, лучшему произраста-
нию растительности. К таким озелененным территориям Моск-
вы можно отнести парки Кусково, Дружбы, ЦПКиО им. Горько-
го. Только в таких крупных массивах зеленых насаждений в лет-
ние жаркие дни формируются комфортные температурно-ради-
ационные условия. Парки и скверы площадью от 3 до 20 га, а
также вытянутой конфигурации, такие как парк Речного вокза-
ла, спортивный парк Динамо, сквер на Песчаной ул., могут быть
отнесены к категории комфортных объектов отдыха. Менее ком-
фортные условия складываются в скверах площадью менее 2 га
и бульварах шириной 50—70 м — сквер на ул. Чернышевского,
бульвары Сретенский и Чистопрудный, — где проявляется не-
благоприятное соседство городских магистралей и плотной за-
стройки, создающей сильный перегрев.
Б целях смягчения неблагоприятных микроклиматических
условий вблизи зданий и на улицах, подвергающихся сильному
нагреву солнечной радиацией, рекомендуется широкое примене-
- 313 -
ние вертикального озеленения вьющимися растениями стен зда-
ний, особенно ориентированных на запад и юго-запад в умерен-
ном и теплом климатическом районе, а в жарком, кроме того,
ориентированных на восток и юго-восток. В жарких и теплых
климатических районах большое распространение для этих це-
лей получили посадки бугенвиллий, глициний, дикого и куль-
турного винограда и др., для условий Москвы хорошо подходят
виноград пятилисточковый и жимолость-каприфоль. Дополни-
тельным мероприятием по смягчению радиационно-температур-
ного режима вблизи стен зданий должна являться окраска стен
в светлые тона, способные наиболее эффективно отражать теп-
ловые лучи.
17.4. Регулирование режима аэрации застройки
приемами озеленения
Особая роль зеленым насаждениям в городской среде отво-
дится в качестве средств регулирования режима аэрации и про-
ветривания жилых и общественных территорий.
С целью обеспечения оптимальных условий проветривания
жилой территории дворовые пространства следует раскрывать в
сторону зеленых массивов, а разрывы между домами необходи-
мо озеленять. При осуществлении благоустройства территории
дворового пространства целесообразно использовать малые фор-
мы — беседки, перголы, навесы и другие элементы, конструкции
которых одновременно обеспечивают ветрозащиту локальных
участков территории и достаточный воздухообмен.
Для интенсификации воздухообмена следует избегать загу-
щенных посадок деревьев, количество и размещение которых
должно удовлетворять требованиям обеспечения инсоляции и
частичной ветрозащиты. В чрезмерно загущенных древесных
посадках в жаркие летние дни могут создаваться малоблагопри-
ятные микроклиматические условия. Такие случаи возможны и
на открытых лужайках, окруженных со всех сторон густой, вы-
сокой древесной растительностью, препятствующей движению
воздуха и повышающей его абсолютную влажность, а также на
широких аллеях, когда расстояние между древесными посадка-
ми превышает двойную высоту деревьев и имеет место сильный
нагрев поверхности почвы. Это объясняется недостаточным воз-
духообменом на замкнутых полянах, особенно в периоды шти-
левой и маловетреной погоды.
На локальных участках для улучшения условий проветри-
вания застройки можно использовать газон и низкий кустар-
- 314 -
ник, деревья с высоким штамбом (не менее 3 м), избегая при
этом высоких живых изгородей (их высота должна быть не
выше 0,75 м). Ориентация аллей, разрывы в зеленых насажде-
ниях и обсадка площадок должны определяться с учетом ос-
новных направлений ветра. В целях создания местных токов
воздуха используются разновысокие объемы зеленых насажде-
ний.
Проблема ветрозащиты территории за счет зеленых насаж-
дений особенно актуальна в условиях повышенного ветрового
режима. При размещении лесной полосы в застройке область
ветровой тени охватывает только 18% дворового пространства, а
при размещении ее перед застройкой защищаемая площадь уве-
личивается в два раза. Расстояние, на которое распространяется
влияние полосы, не превышает 15-кратной высоты насаждений.
Зелеными насаждениями можно снизить скорость ветра более
чем на 50%. Ветрозащитные свойства полос озеленения различ-
ных конструкций представлены в табл. 173 [70].
Таблица 17.3. Оценка влияния ветрозащитных полос аллейного
типа
Многосекционное здание
Высота полосы относительно высоты здания (Н = 15 м) Интервал между полосой и зданием, Н Средний про- цент снижения скорости ветра Примечания
А. Непродуваемая конструкция полосы
0,25 1-5 5-10 Различия
0,25 3-5 25-40 10-45%
0,75 1-3 10-15
0,75 3-5 40-50
0,75 1-3 15-20
Б. Продуваемая конструкция полосы
0,25 1-5 35-45 Различия
0,5 1-5 35-45 в пределах
0,75 1-5 35-40 точности опыта
В. Ажурная конструкция полосы
0,25 1-5 45-55 То же
0,50 1-5 50—55
0,75 1-5 45-55
См. продолжение
- 315 -
Продолжение табл. 173
Точечное здание
Интервал, м Средний процент снижения скорости ветра
за полосой озеленения за полосой озеленения при наличии здания
А. Непродуваемая конструкция полосы
45 55 24
15 30 21
Б. Продуваемая конструкция полосы
45 30 15
15 25 15
В. Ажурная конструкция полосы
45 60 15
15 60 20
Для ветрозащиты жилой территории на ее границе, обращен-
ной в сторону неблагоприятных ветров, необходимо предусмат-
ривать пояс из нескольких полос зеленых насаждений шириной
20—25 м, расположенный на расстоянии четырех высот зданий
от застройки, а также ветрозащитные посадки на эффективно
продуваемых участках территории (не менее двух рядов с ажур-
ностью 25—40%).
Ветровой режим в пространстве между полосой и вытянутым
по длине зданием зависит от высоты полосы (Н) и ее прибли-
жения к зданию, а также от различных конструктивных свойств
полосы. Наибольшую ветрозащитную эффективность имеет
ажурная полоса. При высоте всего 1/4 Н (Н — высота здания)
она обеспечивает снижение скорости ветра в среднем до 50% в
интервале 2—5Н. При дальнейшем приближении полосы к зда-
нию скорость ветра увеличивается до 60—70%.
Продуваемая полоса обеспечивает устойчивое снижение ско-
рости ветра до 60—80% не зависимо от интервала и высоты по-
садок. Непродуваемая полоса влияет на снижение скорости вет-
ра только при высоте 0,5Н и выше. Причем в интервале 5—8Н
скорость меняется от 0—5% у подветренной опушки до 50—75%
— у наветренной стены здания. С приближением полосы к зда-
нию (интервал менее ЗН) скорость ветра за полосой составляет
не менее 60—80% от исходной, не зависимо от высоты полосы.
В случае многосекционных зданий не следует приближать вет-
розащитную полосу к зданию ближе, чем на расстояние 2Н.
- 316 -
Введение «точечного» дома в зону влияния защитной поло-
сы высотой 7,5—6 м оказывает сильное возмущающее влияние
на ветровую тень, что особенно проявляется при продуваемой
конструкции полосы. Не зависимо от приближения полосы это
влияние отчетливо прослеживается не только между полосой и
зданием, но и по его бокам на расстоянии 45—50 м. Таким обра-
зом, можно констатировать, что на территории точечной заст-
ройки применение ветрозащитных полос мало эффективно. В
этом случае рекомендуется локальная защита от ветра в виде
компактных групп деревьев с широкими кронами, способных
погасить потоки воздуха, отраженные от фасадов зданий.
Для создания ветрозащитных посадок необходимо выбирать
деревья, устойчивые к кронированию. Это повышает плотность
кроны и жесткость скелетных ветвей и снижает риск ветровала,
с одной стороны, а с другой стороны дает возможность регули-
ровать влияние посадок на прочие микроклиматические пара-
метры — инсоляцию, влажность и т.д.
Эффективность ветрозащиты, так же как и шумозащиты, за-
висит от объемной массы листьев и ветвей растения. Чем боль-
ше объемная масса, тем выше эффективность. Деревья и высо-
корослые кустарники с «рыхлой» кроной рекомендуются для
притенения мест с плохими условиями проветриваемости.
Решая в каждом конкретном случае вопросы регулирования
аэрационного режима с целью обеспечения микроклиматическо-
го комфорта в застройке следует руководствоваться данными
таблиц 17.4, 17.5, 17.6, в которых показана эффективность раз-
личных архитектурных решений, приемов озеленения и благо-
устройства городской среды [5; 45; 65].
Таблица 17.4. Микроклиматическая эффективность архитектур-
ных средств и элементов благоустройства
Оцениваемое средство, прием Микроклиматическая эффективность
Застройка различной плотности
плотностью до 20% снижение скорости ветра на 20%, тем- пературы воздуха на 1—2°С
плотностью 20—30% снижение скорости ветра на 20—50%, температуры воздуха на 3—4° (без уче- та озеленения)
плотностью более 30% снижение скорости ветра на 50% и бо- лее
См. продолжение
- 317 -
Продолжение табл. 17.4
Оцениваемое средство, прием Микроклиматическая эффективность
Благоустройство территории
затенение площадок, газо- на, тротуаров деревьями и высокими кустарниками снижение температуры воздуха на 3,5— 4,0°С, температуры подстилающей по- верхности на 6—20°С
искусственный полив ас- фальта, грунта снижение температуры воздуха на 0,1— 0,2°С, температуры подстилающей по- верхности на 6— 12°С
устройство фонтанов снижение температуры воздуха на 3,0— 5,0°С, повышение относительной влаж- ности на 6—12%, снижение температу- ры поверхности почвы на 2—7°С
искусственное покрытие поверхности площадок повышение температуры воздуха на высоте 0,5 м при покрытии грунтом на ГС, асфальтом — на 1,5°C
Ветро -снегозащита
сплошная. ветро-снегоза- щитная преграда (отдельно стоящее здание, специаль- ная защитная стенка, снеж- ный забор и т.д.) Снижение скорости ветра до 100%, сне- госборность 90—95% от переноса на от- крытой территории
Лесные полосы различного вида
плотная непродуваемая лесная полоса снижение скорости ветра на 90—100%, снегосборность — до 600 м3/п.м.
ажурная лесная полоса снижение скорости ветра на 90%, сне- госборность — до 350 м3/п.м.
продуваемая лесная полоса снижение скорости ветра на 60—80%, снегосборность — 100—150 м3/п.м.
система из двух продувае- мых лесных полос снижение скорости ветра на 60—70%, снегосборность — до 250 м3/п.м.
система из трех и четырех продуваемых лесных полос снижение скорости ветра на 75—80%, снегосборность — 400—600 м3/п.м.
- 318 -
Таблица 17.5. Озеленение жилой территории при различных при-
емах застройки, особенностях инсоляции и ветрового режима
Приемы застройки Инсоляционный режим Ветровой режим Рекомендации по озеленению
Замкнутые дворы вы- сокой плотности, брутто Неудовлетво- рительный на 50—80% терри- тории, полуго- дичное затене- ние и инсоля- ция менее 3 ча- сов в части дворов, ориен- тированной на северные рум- бы Удовлетвори- тельный, при- ближается к нижней грани- це комфорт- ных условий Преимущественно низкая раститель- ность парапетного типа (газоны, цветни- ки, низкий кустар- ник). Посадка широ- кокронных деревьев, обеспечивающая не- обходимое затенение площадок и дорожек. Озеленение кустар- никами и низкими деревьями придомо- вых полос около стен, ориентированных на западные румбы
Протяжен- ная в соче- тании с плотной застройкой Неудовлетво- рительный при размещении протяженных зданий с юж- ной стороны участка Удовлетвори- тельный То же
П-образ- ная Неудовлетвори- тельный при ориентации двора на север- ные румбы (315-45°) Удовлетвори- тельный при обеспечении разрывов по диагонали или с наветренной стороны То же
Свободная Удовлетвори- тельный везде, кроме участ- ков вблизи се- верных фаса- дов протяжен- ных зданий Удовлетвори- тельный, в пе- риферийных районах горо- да возможны участки терри- тории со ско- ростями ветра, превышающи- ми комфорт- ные значения Посадка ширококрон- ных деревьев, обеспе- чивающая необходи- мое затенение площа- док и дорожек. Соли- теры, группы и кур- тины на газоне. Вет- розащитные посадки на продуваемых участ- ках территории
- 319 ~
Таблица 17.6. Микроклиматическая эффективность зеленых на-
саждений и элементов внешнего благоустройства в условиях пе-
регрева городской среды (по данным ЦНИИП градостроитель-
ства)
Элементы озелене- ния внешнего пространства Сниже- ние темпера- туры воздуха, °C Повыше- ние относи- тельной влажности воздуха, % Сниже- ние скоро- сти ветра, % Снижение интенсив- ности прямой солнечной радиации, % Сниже- ние темпера- туры поверхно- сти, °C
Массив зеленых насаждений пол- нотой 0,8—1 3,5-5,5 10-20 50—75 95-100 20-25
Группа деревьев 1,0-1,5 4-6 20-40 94—96 12-20
Рядовая посадка деревьев 1,0-1,5 4-7 30-50 95 12-19
Газон, цветник 0,5 1-4 — — 6-12
Кондиционерная установка, сплош- ная завеса воды высотой до 2,5 м 8 40 — — —
Фонтан 1,5-3,5 5-10 — — —
Детский плеска- тельный бассейн нет нет — — —
Пергола, увитая вьющимися рас- тениями 1,0-1,5 — 20-30 80 —
Навесы 0,5-0,8 — 20-40 20-100 —
Б публикации [32] указано, что «одним из главных принци-
пов формирования городских озелененных территорий» и мест
массового отдыха «.„является сохранение естественно сложив-
шегося ландшафта местности и его различное использование с
учетом климатических условий». Приведем ряд данных из этой
работы.
Подчеркивается значение обширных зеленых массивов для
обеспечения комфортных условий. Снижение летних темпера-
тур — важнейшая гигиеническая задача. Зеленые массивы в зна-
чительной мере регулируют тепловой режим города. С увеличе-
- 320 -
нием площади зеленых насаждений, согласно Генеральному пла-
ну Москвы, суммарный эффект системы озеленения на уровне
верхней границы застройки и крон деревьев достигнет 3,2"С,
увеличившись по сравнению с существующим почти в 3 раза
(расчеты ГГО). Согласно натурным исследованиям, влияние
крупных массивов (Погонно-Лосиноостровский, Измайловский,
Кузьминский лесопарки) на прилегающие к ним территории
выражается «„.в понижении фактора мутности атмосферы на
10—30%, снижении аэрозольного помутнения на 20—40%, увели-
чении интенсивности видимой и ультрафиолетовой радиации на
15—25%». Необходимо сохранять все крупные массивы площа-
дью 600—1000 га. В небольших по площади массивах комфорт-
ная среда отсутствует или составляет менее 30%. Условия для
отдыха можно сохранить в парках площадью более 50 га, где
зона с комфортной средой занимает более 70%. Форма пятна
массивов в плане должна быть компактной. Чрезмерно вытяну-
тые массивы, тем более окруженные магистралями, имеют не-
значительную зону с комфортной средой.
Ширина зоны влияния окружающей застройки на микрокли-
мат зеленого массива составляет 100—200 м (в зависимости от
начального контраста температуры). По мере увеличения площа-
ди зеленого массива от 0,5 до 200 га величина микроклиматиче-
ских разностей возрастает для температуры воздуха от 1,5 до 6,5е,
для относительной влажности воздуха от 2 до 13%. В крупных
массивах в жаркие дни температура снижается на 4—6°С, дости-
гая комфортных значений. Относительная влажность возрастает
на 6—8%, что практически не ощущается человеком, т.к. бытовой
порог по влажности составляет 10%. Но в больших широколи-
ственных массивах с многоярусными насаждениями высокой
плотности (Ботанический сад, лесопарк Химки-Ховрино) ощуща-
ется существенное повышение влажности — выше порога ощуще-
ний. Здесь необходимо обеспечить движение воздуха, проветри-
вание. Обычно подвижность воздуха сохраняется в следующих
пределах: на бульварах и скверах — 25—50%, в парках и лесопар-
ках — до 40% скорости ветра на открытой территории.
Эффективность насаждений во многом определяется свой-
ствами их кроны — плотностью, размером листьев и др. При
большой сомкнутости полога в густых насаждениях (полнота >
0,7) в жаркие дни преобладает, температурная инверсия, которая
выражается в значительном (до 10°С) понижении температуры
воздуха на уровне 1,5 м (Раунер, 1972 г.). Поэтому в листвен-
ных насаждениях с высокой сомкнутостью в течение жаркого
дня температуры близки к комфортным.
- 321 -
Структура насаждений влияет на ветровой режим. В Из-
майловском лесопарке большая сомкнутость полога влечет по-
нижение скорости ветра до штиля. Оптимальная скорость (бо-
лее 0,5 м/сек) наблюдается в насаждениях с высоким пологом
и сомкнутостью 0,7—0,8.
Летом влияние Москва-реки на свободной от застройки тер-
ритории сказывается на расстоянии до 100 м, а максимальное
снижение температуры (до 1,8°С) — в полосе до 50 м. При про-
чих равных условиях (асфальтированная набережная) на навет-
ренном берегу около уреза воды At составляет — 0,1—0,2 и на
подветренном — 0,6—0,9°С. Влияние реки Яуза прослеживается
только в полосе до 20—30 м.
На озелененных набережных, при одноярусных продуваемых
насаждениях с высоким сводом и при отсутствии высокого гу-
стого кустарника (Пушкинская набережная), At достигает -3°С
(при средних значениях —1,7— 1,8°С).
Усиление скорости ветра до 10—20% имеет место На подвет-
ренных открытых берегах. На Крутицкой набережной в прибреж-
ной полосе до 100 м скорость возрастает до 10% по сравнению с
открытым участком. На подветренных склонах (Крутицкая и Ан-
дронниковская набережные) скорость ветра снижается до 30%.
Согласно санитарным нормам, детские игровые и спортив-
ные площадки, места отдыха должны быть затенены не менее
чем на 1/2 площади; зоны пешеходного движения и прогулоч-
ные аллеи — не менее чем на 2/3. Инсоляция необходима утром
и вечером, а также весной, осенью и зимой. На больших пло-
щадках отдыха, на полянах хороший микроклиматический эф-
фект достигается посадкой деревьев, дробящих освещенную по-
верхность площадки; возможны посадки групп деревьев на юж-
ной и юго-западной сторонах с использованием преимуществен-
но ширококронных деревьев. На детских игровых площадках
вблизи бассейнов рекомендуется посадка прозрачных рыхлых
групп берез, ясеней и других пород с ажурной кроной (цель —
получение дозы ультрафиолетовой радиации). Теневой эффект
дают и малые архитектурные формы (беседки, перголы-навесы,
трельяжи). Улучшение радиационного режима достигается заме-
ной открытых мощений (асфальт, бетонная плитка) раститель-
ным покровом (газон, вьющиеся растения и др.). На орошаемом
газоне человек получает на 40% меньше радиационного тепла,
чем на поле без растительного покрова, а испарение пота, необ-
ходимое для терморегуляции, снижается на 300 г/час.
Исследования в парке Дружбы показали, что температура
поверхности, занятая газоном, днем на 10—12°С ниже темпера-
- 322 -
туры на асфальте. В результате температура воздуха на высоте
0,5 м над газоном понижена на 1,5—2,0°С; на высоте 1,5 м тем-
пература также несколько ниже, чем над асфальтом.
В свою очередь, подбирая состав растений для климатомели-
оративных мероприятий, необходимо учитывать и их собствен-
ные требования к условиям произрастания и реакцию на различ-
ные градостроительные условия. Различия в форме кроны, об-
лиственности, габитусе, величине листьев обусловлены микро-
климатическими особенностями мест произрастания и являют-
ся следствием анатомо-морфологических изменений.
При затенении застройкой у деревьев значительно снижает-
ся ширина кроны. При этом на солнечной и теневой сторонах
улиц широтного направления кроны больше развиваются по
ширине, чем на улицах меридионального направления.
Зеленые насаждения на улицах должны создавать теневой
заслон для пешеходов, а сами должны быть освещены солнцем.
На улицах широтного направления размещать прогулочную до-
рожку лучше с теневой стороны, а освещенное пространство за-
нять зелеными насаждениями. Проезды, расположенные в мери-
диональном направлении, следует с восточной стороны окайм-
лять более густыми и высокими насаждениями, проезды широт-
ного направления можно обсаживать с обеих сторон.
Облиственность древесных пород в условиях города, также
зависящая от места их произрастания, весьма неравномерна. Так,
если в пригородном парке крона дуба ослабляет свет в 45 раз,
то в уличных посадках — лишь в 7 раз. У вяза наблюдается об-
ратная картина. По визуальной оценке количество листьев в
кроне здесь не больше, но у вяза в уличных посадках увеличи-
вается оптическая плотность листа.
В системе методов регуляции водного режима большое зна-
чение имеет дождевание крон растений в сочетании с поливами,
особенно в засушливое время вегетационного периода. При по-
ливах и дождевании необходимо учитывать состояние воздуш-
ного бассейна и его загазованность. В период повышенного со-
держания токсических веществ поливы проводить не рекомен-
дуется, т.к. насыщение организма растения влагой ведет к повы-
шению интенсивности газообмена и поглощению токсикантов
органами растения.
При влажности почвы 60% от полной влагоемкости сеянцы
сосны образуют более полноценную хвою, а сеянцы дуба —
большее количество листьев с хорошо развитой листовой плас-
тинкой, наблюдается наибольший прирост. Для вяза обыкновен-
ного и липы мелколистной оптимальны 80%. Для тополей ка-
- 525 -
надского и бальзамического на легком суглинке — 80% от пол-
ной влагоемкости, а для лавролистного — 100%; на песке для
первых двух — 60%, для лавролистного — 100%.
Еще одна физиологическая особенность — устьичная прово-
димость, определяющая скорость транспирации растения. Чем
выше скорость транспирации, тем выше влажность воздуха и
ниже его температура. Насаждения с высокоскоростной транс-
пирацией хорошо справляются с переувлажнением почвенного
покрова.
Исследования, проведенные в контрастные по влажности се-
зоны (два разных года), показали, что содержание воды в листь-
ях деревьев существенно не изменялось: у липы оно сохранялось
в диапазоне 65—75%, у дуба — 56—65%. Распределение пород по
степени обводненности листьев (в порядке убывания): липа,
клен, дуб, вяз, лиственница, сосна обыкновенная.
С увеличением температуры воздуха возрастает интенсив-
ность испарения, в результате чего в листьях растений появля-
ется водный дефицит даже при достаточном количестве в почве
продуктивной влаги. В жаркие полуденные часы даже усилен-
ный полив не может вызвать ассимиляцию влаги, если не будет
снижено испарение воды с зеленой поверхности растений. Дос-
тичь этого можно уменьшением иссушающего действия ветра и
повышением влажности воздуха.
Приведенные данные должны послужить основой для про-
ектирования зеленых насаждений при реконструкции микрорай-
онов и парков. Используя установленные закономерности изме-
нения ветровых характеристик в зависимости от приемов заст-
ройки, параметров здания и характера озеленения можно решать
вопросы оптимизации режима аэрации застройки и улучшения
показателей комфортности городской среды.
Приложения к части Ш
Приложение Ш.А
Климато-типологические характеристики различных городов,
выраженные условно количеством месяцев за год с разными
типами погоды (с — суровая; х — холодная; п — прохладная;
к — комфортная; т — теплая; ж —жаркая; з — зной)
Климати- ческий под- район [76] Город Климато-типологическая характеристика
IA Якутск 5с Их 4п 4к
1Б Тикси Юс 10х 4п
IB Новосибирск 13х 5п 6к
1Г Воркута 2с 16х 4п 2к
1Д Нерчинск 1с 13х 4п 5к 1т
ПА Мурманск 16х 6п 2к
ПБ Калининград 10х 7п 7к
ПВ Минск Их 6п 7 к
ПВ Вильнюс 12х 6п 6к
ПВ Киев Их 5п 8к
ПГ Владивосток Их 6п 6к 1т
ША Джезказган 12х 4п 7к 1т
ШБ Кишинев 8х 6п Юк
ШБ Краснодар 8х 6п 7к 2т 1ж
ШБ Ростов-на-Дону 10х 4п 8к 2т
IVA Душанбе 5х 5п Юк 2т 2з
ГУБ Сочи 2х 8п 12к 2т
IVE Баку 2х 8п Юк 4т
IVB Ялта 4х 9п 9к 2т
ivr Ереван 8х 5п 8к Зт
ivr Ташкент 6х 6п 9к 1т 2ж
Аддис-Абеба 6п 6к
Аккра 12к
Ангмагссалик 10х 2п
(Гренландия)
Анкара Зх Зп 5к 1т
Анкоридж 7х Зп 2к
Афины Зп 7к 2т
Багдад 2п 6к 1т 2ж 1з
Берлин 5х 2п 5к
См. продолжение
- 325 -
Продолжение табл.
Климати- ческий под- район [76] Город Климато-типологическая характеристика
Богота 6п 6к
Варшава 5х 2п 5к
Вашингтон 2х 4п 4к 1т 1ж
Гонолулу 5к 5т 2ж
Дели 1п 4к 4т Зж
Джакарта 6т 6ж
Джибути 4т 8ж
Джидда 4к 2т 6ж
Каир 2п 7к 1т 1ж
Калькутта 2к 6т 4ж
Карачи 4к 4т 4ж
Касабланка Зп 7к 2т
Кейптаун Юк 2т
Квебек 6х 2п 4к
Лондон 1х 7п 4к
Лхаса Зх 5п 4к
Мадрид 2х Зп 6к 1т
Мельбурн Зп 8к 1т
Мехико 6п 6к
Могадишо 6т 6ж
Монреаль 5х 2п 5к
Найроби 12к
Нью-Йорк Зх Зп 4к 2т
Осло 5х 4п Зк
Париж 2х 5п 4к 1т
Рим 1х Зп 7к 1т
Рио-де-Жанейро Зк 4т 2ж
Сан-Франциско 6п 6к
Сингапур 6т 6ж
Тегеран 2х Зп 5к 1т 1ж
Токио 2х 2п 5к 1т 1ж
Триполи 2п 7к 2т 1ж
Улан-Батор 7х Зп 2к
Хартум 4к Зт Зж 2з
Хельсинки 6х Зп Зк
Черчилл Зс 6х 2п 1к
Шанхай 1х Зп 5к 2т 1ж
Эр-Рияд 1п 7к 1т Зж
— 326 —
Приложение Ш.Б (1)
Газопоглощающая способность некоторых деревьев
и кустарников*
Название растений Количество листвы или хвои на растение (сухой вес, кг) Удельное газопоглоще- ние на 10 г сухого веса листвы Эффектив- ность газоулав- ливания за сутки (г)
Деревья
Тополь канадский 9,7 81,5 7,9
Липа крупнолистная 9,3 74,0 3,7
Липа мелколистная 8,0 74,0 5,9
Тополь бальзамический 7,8 64,0 5,0
Вяз обыкновенный 4,6 59,5 2,7
Клен полевой 3,9 66,5 2,6
Клен остролистный 7,2 34,0 2,4
Береза пушистая 2,9 81,5 2,4
Черемуха обыкновенная 3,4 72,0 2,4
Осина 4,4 57,5 2,5
Береза повислая 3,2 81,5 2,2
Яблоня сибирская 2,6 80,5 2,0
Тополь черный 5,5 32,5 1,8
Ель колючая 11,4 14,5 1,6
Груша обыкновенная 2,9 53,0 1,5
Клен ясенелистный 6,2 21,0 1,3
Ива белая 1,6 79,5 1,3
Сосна обыкновенная 9,2 10,5 0,9
Ясень обыкновенный 5,8 15,5 0,8
Рябина обыкновенная 1,7 50,0 0,8
Ольха серая 2,0 23,0 0,5
Кустарники
Сирень обыкновенная 1,3 68,0 0,9
Лох узколистный 1,6 58,0 0,9
Сирень венгерская 1,0 49,5 0,5
Ива козья 0,6 77,0 0,5
Туя западная 5,3 9,5 0,5
Клен татарский 2,6 14,5 0,4
Жимолость татарская 0,8 45,6 0,4
Свидина белая 0,5 72,5 0,4
Роза морщинистая 0,6 33,0 0,2
* По данным: Воздушный бассейн Ижевска: Под ред. д.г.н. В.И. Стурмана. —
Москва—Ижевск, 2002. — 96 с.
- 327 -
Приложение Ш.Б (2)
Пылеосаждающая способность деревьев и кустарников*
Название растений Площадь поверхности листвы одного дерева, м2 Количество пыли, осаждаемое 1 м2 листвы, мг
Деревья
Ива белая 20 9028
Вяз перистоветвистый 150 5136
Клен полевой 60 4138
Вяз шершавый 240 3289
Яблоня сибирская 45 2811
Клен ясенелистный 240 2460
Клен татарский 40 1952
Дуб черешчатый 230 4545
Береза повислая 70 4482
Тополь канадский 300 1128
Липа мелколистная 200 1014
Тополь берлинский 180 1019
Лиственница сибирская 1007
Ель обыкновенная 839
Кустарники
Смородина золотистая 2,5 6214
Сирень обыкновенная 3,9 4893
Сирень венгерская 4,7 4228
Жимолость татарская 3,5 2322
Лох узколистный 6,0 2224
Бересклет бородавчатый 4,7 2162
Рябина обыкновенная 22,0 2091
Роза морщинистая 2,9 1646
Черемуха обыкновенная 45,0 1583
Барбарис обыкновенный 3,0 1464
Бузина красная 7,5 1436
Свидина белая 2,5 1354
Пузыреплодник калино- 2,0 1326
листный
Вишня обыкновенная 2,5 1288
* По данным: Воздушный бассейн Ижевска: Под ред. д.г.н. В.И Стурмана. Моск-
ва—Ижевск, 2002. — 96 с.
- 328 -
Приложение III.В
Микроклиматические свойства зеленых насаждений
(+ высокая; 0 — средняя; — низкая)
Вид Требова- тельность к освещен- ности Устойчи- вость к ветровалу Воздухо- проница- емость кроны Испаряю- щая спо- собность
Акация белая + 0 -Ь 0
Арония черноплодная ч- + — +
Барбарис обыкновенный 0 + + 0
Барбарис Тунберга 0 + + 0
Береза повислая + 0 + 0
Береза пушистая 0 0 + 0
Бересклет бородавчатый — + + —
Бересклет европейский 0 + 0 0
Боярышник колючий — + 0 0
Боярышник кроваво- 0 + — +
красный
Бузина красная — + — 0
Виноград девичий пяти- — + — +
листочковый
Вишня — + + 0
Вяз гладкий — 0 0 +
Вяз перистоветвистый 0 0 —
Вяз шершавый — 0 — +
Груша обыкновенная 0 + — 0
Дерен кроваво-красный — 0
Дерен белый 0 + — 0
Дуб красный + + — +
Дуб черешчатый + 0 0
Ель колючая 0 — — —
Ель обыкновенная — — — —
Жимолость каприфоль + + 0 +
Жимолость обыкновенная 4* 0 +
Жимолость татарская 0 + 0 +
Ива белая + + 0 0
Ива козья — + 0 +
Ива ломкая + 0 — 0
Ива пятитычинковая 0 + 0 +
Ива трехтычинковая 0 + 0 +
Ирга круглолистная + + + 0
Калина городовина 0 -1- 0 +
Калина красная — + 0 +
См. продолжение
- 329 -
Продолжение табл.
Вид Требова- тельность к освещен- ности Устойчи- вость к ветровалу Воздухо- проница- емость кроны Испаряю- щая спо- собность
Карагана древовидная 4- 0 4- 0
Карагана кустарник 0 + + 0
Каштан конский — 4- — 4-
Кизильник блестящий — 4- 0
Клен Гиннала + + 0 0
Клен остролистный — 4- — 4-
Клен сахаристый 0 + 0 +
Клен татарский 0 4- + 4-
Клен ясенелистный 0 — 0 0
Лещина обыкновенная — 4- — 4-
Липа крупнолистная — 4- — 4-
Липа мелколистная — 4- — +
Лиственница сибирская + 4- 4- 0
Ольха серая 0 4- — Ч-
Осина 4* 0 0 4-
Пузыреплодник калино- листный — 4- — 4-
Роза колючейшая + 4- 4- —
Роза морщинистая + 4- 0 0
Рябина обыкновенная 0 0 — 0
Рябинник рябинолистный 4- 4- 0 0
Сирень венгерская 0 4- 0 4-
Сирень обыкновенная 0 — — +
Слива 0 4- 4- 0
Смородина золотистая 0 4- 0 0
Снежноягодник белый + + — 0
Сосна обыкновенная 4- 4- 4- —
Спирея городчатая о 4- 0 0
Спирея дубровколистная 0 4- — 0
Спирея японская 0 4- 4- 0
Тополь бальзамический 0 0 0 4-
Тополь белый + 0 0 0
Тополь лавролистный 0 0 0 +
Тополь черный 4- 0 4-
Туя западная 0 — — —
Черемуха виргинская — 4- 0 0
Черемуха Маака + 4- 0 4-
Черемуха обыкновенная — 0 0 4-
Чубушник венечный 0 + — 4-
Яблоня домашняя 0 0 0 0
Ясень обыкновенный + 0 0 0
Ясень пенсильванский 4- 4- 0 4-
- 330 -
Заключение
В настоящее время жители крупных городов в России и в
большинстве зарубежных стран испытывают все большее не-
удовлетворение от экологической обстановки. К проблемам хи-
мического и шумового загрязнения окружающей среды добавля-
ется усиливающийся биоклиматический дискомфорт, заключаю-
щийся в контрастности ветрового режима и повышении тепло-
вых нагрузок. В последние годы «волны жары» летом стали для
многих европейских городов настоящим стихийным бедствием,
уносящим сотни и тысячи жизней. Ветровой режим в городах
характеризуется наличием зон застоя воздуха, где скапливаются
вредные примеси, чередующихся с турбулентными вихрями
вблизи высотных зданий.
В зарубежной практике градостроительства и архитектурно-
го проектирования решению перечисленных проблем начали
уделять внимание в конце 70-х годов прошлого века и к настоя-
щему времени там накоплен достаточно большой опыт решения
этих проблем. В нашей стране до недавнего времени городская
и архитектурная климатологии развивались, в основном, в на-
правлении климатозащиты зданий для районов с экстремальны-
ми климатическими условиями. Тем не менее в последние годы
достаточно остро встали проблемы климатической комфортно-
сти городской среды и для крупных городов России, располо-
женных в умеренном климате. Это связано с продолжающимся
уплотнением городской застройки, идущим, в том числе, по пути
строительства высотных зданий.
В то же время большая часть населения крупных городов
имеет экономические возможности и достаточно свободных
средств, которые считает необходимым и целесообразным на-
правлять на повышение комфортности своего жилья и других
объектов недвижимости. При этом к понятию комфортности от-
носится и биоклиматическая комфортность на городских терри-
ториях, прилегающих к этим объектам. Отсюда возникает по-
требность и необходимость в новой интерпретации и дальней-
шем развитии теоретических и практических знаний, относя-
щихся к городской климатологии, биоклиматическим аспектам
физиологии человека и архитектурным способам регулирования
микроклимата.
В представленной книге сделана попытка постановки этих
вопросов на современном уровне. По обсуждаемым темам авто-
- 331 -
рами было привлечено большое количество не только отече-
ственных материалов, но и зарубежных публикаций, в первую
очередь — европейских, японских и североамериканских, т.е. тех
стран, где накоплен наибольший опыт решения поставленных в
книге проблем.
В Части I основное внимание уделено теоретическим вопро-
сам городского климатогенеза в местном (мезо- и микро-) мас-
штабе под воздействием элементов рельефа, процессов урбани-
зации и теплового воздействия на приземный слой атмосферы в
городах. Изложены как широко известные сведения о климати-
ческих особенностях городов, которым дана новая интерпрета-
ция, так и новые, в том числе оригинальные авторские материа-
лы по механизмам формирования климатических аномалий
Московского мегаполиса.
Часть II посвящена физиологическим вопросам гигиеничес-
кого нормирования микроклиматических условий и прикладных
аспектов, связанных с этой проблематикой. Рассмотрены ком-
фортные и допустимые параметры микроклиматического воздей-
ствия, средства индивидуальной защиты от неблагоприятных
климатических условий. Большое внимание уделено комплекс-
ным биоклиматическим показателям и нормированию ветрового
воздействия на человека.
Принципы и этапы архитектурно-климатического анализа
для проектной подготовки строительства рассматриваются в Ча-
сти III. Эта тема раскрывается с большой степенью детализации
и основана, в основном, на отечественной практике градострои-
тельства. В этой же части обобщается материал по оптимизации
микроклиматических условий средствами благоустройства и озе-
ленения городов.
В книге, кроме обобщения мирового опыта биоклиматиче-
ской архитектуры и создания комфортной городской среды, ис-
пользовано большое количество российских, часто московских
материалов, что должно увеличить ее практическую ценность
для российских читателей — экологов, архитекторов, врачей-ги-
гиенистов и менеджеров, вовлеченных в процессы управления
городским хозяйством и развития городской среды.
Авторы надеются, что несмотря на структурную сложность
книги, «сращивание» трех направлений знаний — климатологии,
физиологии человека и архитектуры — выполнено удовлетвори-
тельно, и это облегчит восприятие климатологических вопросов
книги архитекторами и физиологами, физиологических — кли-
матологами и архитекторами и т.д. вплоть до самого широкого
круга читателей.
- 332 -
Кроме того, авторы сознательно не стали перегружать книгу
частными вопросами, возникающими в процессе проектной под-
готовки строительства, сконцентрировавшись преимущественно
на теоретических основах и предпосылках формирования ком-
фортной городской среды. Это сделано потому, что книга рас-
считана на максимально широкий круг читателей, а не только
на специалистов в области проектной подготовки строительства
и экспертов проектной документации. Для практических целей
архитектурного и градостроительного проектирования предпола-
гается подготовить отдельную книгу типа справочника проекти-
ровщика, которая будет содержать более конкретную и деталь-
ную информацию, необходимую в процессе принятия проектных
решений для повышения биоклиматической комфортности и бе-
зопасности наших городов.
Литература
1. Абакумова Г.М., Евневич Т.В., Никольская Н.П. Влияние города на про-
зрачность атмосферы. — М.: Изд-во МГУ, 1983. — 96 с.
2. Адаменко В.Н., Хайруллин К.Ш. Оценка условий пребывания человека
на открытом воздухе зимой с учетом микроклимата застройки // Тр.
ГГО, 1969, вып. 248. - С. 74-81.
3. Алексеев Ю.В. Градостроительное планирование поселений. Том 1. Эво-
люция планирования. — М.: Изд-во АСВ, 2003. — 336 с.
4. Алисов Б.П. Адвективные факторы климата и типы погоды на Юго-Во-
стоке Русской равнины. // В сб. Прикладная климатология. Тр. Мос-
ковского фил. геогр. об-ва СССР. — М., 1974. — С. 41—43.
5. Апсалямова З.Г. Некоторые особенности микроклимата районов новой
жилой застройки Москвы. В кн.: Прикладная климатология. — М.,
1974. - С. 58-60.
6. Арнольди И.А. Акклиматизация человека на Севере и Юге. — М.: Мед-
гиз, 1962. - 71 с.
7. Арнольди ИА. Гигиенические вопросы акклиматизации населения в За-
полярье. // В сб.: Проблемы Севера. — М., 1962, Вып. 6. — С. 49—58.
8. Архитектурная физика: Под ред Н.В. Оболенского — М.: «Архитекту-
ра-С», 2005. — 448 с.
9. Блохин П.Н., Этенко В.П. Жилищное строительство в Скандинавских
странах. — М.: Издательство литературы по строительству, 1965. — 168 с.
10. Борисов А.А. Климатография Советского Союза. — Л: Изд-во Лен. ун-
та, 1970. - 311 с.
11. Былинкин Н.П. Жилище и климат. — М., 1949.
12. Былинкин Н.П. О создании строительно-архитектурной климатологии //
Известия АС А СССР. - М., 1959. - № 1.
13. Вайсман А.А. Градостроительство и ветер. — СПб: «Изд-во Буковско-
го», 2000. — 232 с.
14. Галанин Н.Ф. Лучистая энергия и. ее гигиеническое значение. — Л.: Ме-
дицина, 1969.
15. Гербург-Гейбович А.А. Оценка климата для типового проектирования
жилищ. — Л.: Гидрометеоиздат, 1971. — 195 с.
16. ‘ 1дловина Е.Г., Русанов В.И. Некоторые вопросы биометеорологии: Учеб,
пособие. - СПб.: Изд. РГГМИ, 1993. - 90 с.
17. Городинский С.М., Глушко А.А., Орехов Б.В. Калориметрия в изолирую-
щих средствах защиты человека — М.: Машиностроение, 1976. — 208 с.
18. ГОСТ30494-96. Межгосударственный стандарт: Здания жилые и обще-
ственные. Параметры микроклимата в помещениях. — М.: Госстрой
России, 1999.
19. 1радостроителъство: Под общей ред. В.Н. Белоусова. Изд. 2-е, перераб.
и доп. — М.: Стройиздат, 1978. — 367 с. (Справочник проектировщика).
20. Губернский Ю.Д., Кореневская Е.И. Гигиенические основы кондициони-
рования микроклимата жилых и общественных зданий. — М.: Медици-
на, 1978. - 192 с.
21. Губернский Ю.Д., Ламперт Ф.Ф., Румянцева М.Б. Условия проживания
населения и состояние воздушной среды квартир современных жилых
зданий (Институт общей и коммунальной гигиены им. Сысина А.Н.
АМН СССР)
- 334 -
22. Губернский Ю.Д., Лицкевич В.К. Жилище для человека. — М.: Стройиз-
дат, 1991. — 226 с.
23. Исаев А.А. Экологическая климатология. — М.: Научный мир, 2001. —
458 с.
24. Исаченко А.Г., Шляпников АА. Природа мира; ландшафты. — М.:
Мысль, 1989. — 504 с.
25. Кандрор И.С. К вопросу о физиологических принципах климатическо-
го районирования // В сб. Прикладная климатология. Тр. Московского
фил. геогр. об-ва СССР. — М., 1974. — С. 5—9.
26. Кандрор И. С., Демина Д. М., Ратнер Е. М. Физиологические принци-
пы санитарно-климатического районирования территории СССР. — М.:
Медицина, 1974. — 175 с.
27. Кандрор И.С., Ратнер Е.М., Муравьева Т.И. // «Физиология и гигиена
человека на Крайнем Севере (акклиматизация к холоду)» Гигиена и са-
нитария, 1966, №1, С. 24—29
28. Кирьянова И.С., Мануйлова А.В., Чарыева Ж.Г. Гигиенические вопросы
планировки и благоустройства жилых районов и микрорайонов //В
сб. «Материалы I Всесоюзной научной конференции «Гигиена плани-
ровки и благоустройства городов». — М., 1974. — 141 с.
29. Климат Москвы: Под ред. Дмитриева А.А. — Л.: «Гидрометеоиздат»,
1969. - 323 с.
30, Климат, погода, экология Москвы: Под ред. Клинова Ф.Я. — СПб.:
Гидрометеоиздат, 1995. — 438 с.
31. Климатические ресурсы и их прикладное использование: Под ред. Иса-
ева А.А, Петросянца М.А. — М.: Изд-во МГУ, 1989. — 159 с.
32. Краснощекова Н.С. Оздоровление внешней среды Москвы средствами
озеленения: В сб. «Оздоровление окружающей среды городов» — М.:
ЦНИИП градостроительства, 1973. — С. 63—70.
33. Краснощекова Н.С., Николаевская ЗЛ., Чернавская М.М. Зеленые мас-
сивы города и формирование комфортной среды // Строительство и
архитектура Москвы, 1973. — № 11.
34. Краснощекова Н.С,, Семенова Е.С. Совершенствование систем озеленен-
ных пространств с учетом охраны и улучшения окружающей среды го-
родов: В сб. «Охрана окружающей среды городов» — М.: ЦНИИП гра-
достроительства, 1981. — С. 38—48.
35. Кричагин В.И. и др. Некоторые показатели теплового состояния чело-
века при охлаждении различной интенсивности // Гигиена и санита-
рия, 1969, № 34, вып. 10. — С. 31—35.
36. Курбатова А.С., Мягков С.М., Шныпарков А.Л. Природный риск для го-
родов России. — М.: НИиПИ Экологии города, 1997. — 240 с.
37. Лавров С.А. Математическое моделирование процесса испарения с по-
верхности почвы при отсутствии растительного покрова. / Труды ГГИ.
Вопросы гидрофизики почв. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990. — С. 45—69.
38. Лазарева ИЛ. Urbi et orbi. Пятое измерение города. / Тр. РААСН. Сер. Тео-
ретические основы градостроительства. — М.: «Л ЕН АНД», 2006. — 80 с.
39. Ландсберг Г.Е. Климат города. — Л.: «Гидрометеоиздат», 1983. — 248 с.
40. Лаппо Г.М. География городов. — М.: Гуманитарный изд. центр ВЛАДОС,
1997. - 480 с.
41. Левицкий В.А. Метеорологический фактор // Гигиена труда. — М.-Л.,
1936. - С. 25-86. •
42. Левченко Г.Н., Соколов С.Д., Семашко К.И. Ветер как градостроительный
фактор: В сб. «Охрана окружающей среды городов» — М.: ЦНИИП
градостроительства, 1981. — С. 73—118.
- 335 -
43. Ли К.В., Комарова КВ. Социально-гигиеническая оценка приемов пла-
нировки и застройки жилых микрорайонов. — Куйбышевский НИИ
гигиены, 1973.
44. Лихтенштейн В.А. О назо-лобильной рефлексогенной зоне терморегу-
ляционных реакций. — Киев, 1971.
45. Лицкевич В.К. Жилище и климат. — М.: Стройиздат, 1984. — 288 с.
46. Лицкевич В.К., Конова Л.И. Рекомендации по учету местных климати-
ческих условий при выборе архитектурно-планировочных решений
жилища. — М., 1978.
47. Маршак М.Е. Физиологические основы закаливания организма челове-
ка. — Л.: Медицина, Ленингр. отд., 1965. — 150 с.
48. МГСН 1.01-99. Нормы и правила проектирования планировки и заст-
ройки Москвы. — М.: ГУП НИАЦ Москомархитектуры, 2000.
49. Методические рекомендации по планировке, застройке, озеленению и
благоустройству жилых районов в различных природно-климатических
условиях УССР. — КиевЗНИИП градостроительства, 1971.
50. Методические указания по производству микроклиматических обследо-
ваний в период изысканий. — Л.: Гидрометеоиздат, 1969.
51. Микроклимат СССР. — Л.: Гидрометеоиздат, 1967.
52. Минут-Сорохтина О.П. Температурная рецепция. — Петрозаводск,
1969. - 3 с.
53. Мягков М.С. Механизм формирования теплового баланса в городской
застройке на примере г. Москвы: Автореф. дисс. канд. техн. наук. — М.,
2004. - 26 с.
54. Мягков С.М. География природного риска. — М.: Изд-во МГУ, 1995. —
224 с.
55. Мячкова Н.А. Климат СССР. — М.: Изд-во МГУ, 1983. — 192 с.
56. Научно-прикладной справочник по климату СССР Сер. 3. Ч. 1—6. Вып. 8.
Москва и Московская область. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990. — 256 с.
57. Николаенко Д.В. Рекреационная география. — М.: Владос, 2003. — 288 с.
58. Оздоровление окружающей среды городов: Сб. научи, тр. — М., ЦНИ-
ИП градостроительства, 1973.
59. Пивоварова З.И. Прямая солнечная радиация, поступающая на стены
зданий // Тр. ГГО, вып. 193. — Л.: Гидрометеоиздат, 1967. — С. 73—
118.
60. Преобразование городской среды. Проблемы охраны и оздоровления. —
М.: Стройиздат, 1978. — 171 с.
61. Природно-климатические условия и внешняя среда большого города.
Обзорная информация. Вып. 1. — М.: ГО СИНТИ, 1971.
62. Ратнер Е.М. Приложение 1 к «Рекомендациям по учету природно-кли-
матических факторов в планировке, застройке и благоустройстве горо-
дов и групповых систем населенных мест». — М.: ЦНИИП градострои-
тельства СССР, 1980.
63. Ратнер Е.М., Чернавская М.М., Новикова Е.Ф. Физиолого-гигиеническое
районирование территории СССР для целей градостроительства: В сб.
«Оздоровление окружающей среды городов», вып. 3. — М.; ЦНИИЭП
градостроительства, 1978.
64. Рекомендации по методике строительно-климатической паспортизации
городов для жилищного строительства. — М.: Госгражданстрой СССГ;
ЦНИИЭП жилища, 1981. — 37 с.
65. Рекомендации по номенклатуре средств для обеспечения экологичности
зданий. НИР. — М.: ЦНИИЭП жилища, 1993.
- 336 -
66. Рекомендации по учету природно-климатических факторов в планиров-
ке, застройки и учете городов и групповых систем населенных мест. —
М.: ЦНИИП градостроительства, 1980.
67. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 10, кн.1, ч.1. — М.: Гидрометеоиз-
дат, 1973. — 148 с.
68. Романова Е.М. Микроклиматическая изменчивость основных элементов
климата. — Л.: Гидрометеоиздат, 1977.
69. Руководство по международной статистической классификации болез-
ней, травм и причин смерти. ВОЗ. — Женева, 1980. — Т. 1. — 512 с.
70. Руководство по оценке и регулированию ветрового режима жилой за-
стройки. — М.: ЦНИИП градостроительства, 1986.
71. Русское градостроительное искусство: Древнерусское градостроитель-
ство X—XV веков. — М.: Стройиздат, 1993. — 392 с.
72. Русское градостроительное искусство: Градостроительство Московско-
го государства XVI—XVII веков. — М.: Стройиздат, 1994. — 317 с.
73. Саваренская Т.Ф. Западноевропейское градостроительство XVII—XIX
веков. — М.: Стройиздат, 1987. — 191 с.
74. Саваренская Т.Ф., Швидковский Д.О., Петров ФА. История градостро-
ительного искусства. Поздний феодализм и капитализм. — М.: «Архи-
тектура-С», 2004. — 392 с.
75. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 «Гигиенические требования к инсоляции и
солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий».
76. СНиП 23-01-99* Строительная климатология. — М., 2003.
77. Семенченко Б.А. Физическая метеорология. — М.: «Аспект Прогресс»,
2002. - 415 с.
78. Справочник эколого-климатических характеристик Москвы. Том 1: Под.
ред. Исаева А.А. — М.: МГУ, 2003. — 308 с.
79. Справочник эколого-климатических характеристик Москвы. Том 2: Под
ред. Исаева А.А. — М.: Изд-во МГУ, 2005. — 411 с.
80. Сытин П.В. История планировки и застройки Москвы. Т. I. // Труды
музея истории и реконструкции Москвы. — М., 1950. — 415 с.
81. Сытин П.В. История планировки и застройки Москвы. Т. II. // Труды
музея истории и реконструкции Москвы. — М., 1954. — 624 с.
82. Учет природных условий при планировке новых жилых районов. В кн.:
Сб. научных трудов ЦНИИП градостроительства. — М., 1979
83. Формирование комфортной среды мест массового отдыха (Обзор). —
М.: ЦНТИ по гражданскому строительству и архитектуре, 1974.
84. Хайруллин К.Ш. Методика оценки зимних погодных условий, диском-
фортных для человека // Тр. ГГО. — 1972, вып. 303.
85. Г. Хензелъ. Регулирование температуры тела // «Процессы регулирова-
ния в биологии». — М., 1960.
86. Хромов С.П. Метеорология и климатология. — Л.: Гидрометеоиздат,
1968. - 492 с.
87. Чернавская М.М., Ионова Л.Ю., Коваленко Л.Г. Современные методы си-
стематизации учета природно-климатических условий в градострои-
тельстве: В сб. «Оздоровление окружающей среды городов», вып. 3. —
М.: ЦНИИП градостроительства, 1978.
88. Чубуков Л.А. Климат и одежда: В сб. Прикладная климатология. Тр.
Московского фил. геогр. об-ва СССР. — М., 1974. — С. 9—10.
89. Шарипов А.Я. Энергоэффективные и энергосберегающие технологии в
системе теплоснабжения жилого района Куркино г. Москвы // Энерго-
сбережение, 2001. — № 5. — С. 10—15.
- 337 -
90. Шталь ВЛ., Белое Н.Ф., Циценко Г.В. Прикладная климатология. — Л.,
1981. - 169 с.
91. Экология города: Отв. ред. Касимов Н.С. — М.: «Научный мир», 2004. —
624 с.
92. Эпоха бронзы лесной полосы СССР Сер. Археология СССР. — М.: На-
ука, 1987. — 471 с.
93. Adamenko V.N. and Khairullin, 1972: Evaluation of conditions under which
unprotected parts of the human body may freeze in urban air during winter.
Bound. — Layer Meteor., 2. 510—518.
94. ASHRAE. Handbook of Fundamentals. — 2001. — ASHRAE, Atlanta,
USA. - 444 pp.
95. ASHRAE. Thermal Comfort Tool. - ASHRAE, Atlanta, GA, 2000.
96. Standard 55-2004-. Thermal Environmental conditions for Human
Occupancy. — ASHARE, Atlanta, USA, 2004. — 26 pp.
97. Atkinson B.VF. Numerical modeling of urban heat-island intensity. //
Boundary-layer meteorology. — 2003. vol. 109. — pp. 285—310.
98. Blocken B., Carmeliet J. Pedestrian Wind Environment around Buildings:
Literature Review and Practical Examples // Journal of THERMAL ENV.
& BLDG. SCI., Vol. 28, No. 2 - October 2004. - Pp. 107-159.
99. Bottema M. Wind Climate and Urban Geometry, Ph. D. Thesis, FAGO,
Technical University of Eindhoven, 1993.
100. Bottema M. A Method for Optimization of Wind Discomfort Criteria //
Building and Environment, 2000, 35: 1—18
lOl. Browj R.D., Gillespie TJ. Microclimatic Landscape Design. Creating Ther-
mal Comfort and Energy Efficiency. — John Wiley & Sons. Canada, 1995. —
193 p.
102. Burton H., Tsourou C. Healthy Urban Planning. — Spon Press. London&NY,
2006. - 184 pp.
103. Climate booklet for urban development: references for zoning and Planning.
Baden-Wurttemberg Innen Ministerium. — Stuttgart, 2004.
104. Environmental diversity in architecture — Spon Press, London&NY, 2004. —
237 pp.
105. Fanger P.O. Thermal Comfort: Analysis and applications in environmental
Engineering. McGRAW — Hill Book Company, New York, 1972
lOG. Fiala D., Lomas KJ. and Stohrer M. (1999): A computer model of human
thermoregulation for a wide range of environmental conditions: The passive
system // Journal of Applied Physiology, 87 (5), 1957—1972.
101. Fiala D., Lomas KJ. and Stohrer M. (2001): Computer prediction of human
thermoregulatory and temperature responses to a wide range of
environmental conditions. Int. J. Biometeorol., 45, pp. 143—159.
108. С/шгмз C.t Allard F, Santamouris M., Georgakis C., Nicol F. Urban
environment influence on natural ventilation potential //Building and
Environment, Volume 41, Issue 4, 2006. — p. 395—406.
109. Givoni B. Climate consideration in building and urban design. — New York.
John Wiley & sons inc, 1997. — 464 p.
110. Grimmond C.S.B., Oke T.R. Aerodynamic properties of urban areas derived
from analysis of surface form // Journal of applied meteorology. Vol. 38,
1999. - pp. 1262-1292.
111. Healths 1: the health for all policy framework for the WHO European
Region — World Health Organization, Regional Office for Europe. Copen-
hagen, 1999. — 260 pp.
- 338 -
112. Heat- waves: Risk and responses. Health and global environmental change.
2004. N2. WHO-Europe.
113. Huizenga C., Zhang H. and Arens E. (2001): A model of human physiology
and comfort for assesssing complex' thermal environments // Building and
Environment 36. — pp. 691—699.
114. Hun, J.C.R., Poulton, E.C. and Mumford J.C. The effects of Wind on People:
New Criteria Based Upon Wind Tunnel Experiments, Building and
Environment, 1976, 11. — pp, 15—28
1 15.1chinose T., Shimodozono K.} Hanaki K. Impact of anthropogenic heat on
urban climate in Tokyo // Atmospheric environment, 1999. vol. 33. — pp.
3897-3909.
1 16.ISO 7243 (1982). Hot Environments — Estimation of the Heat Stress on
Working Man, Based on the WBGT-Index (Wet Bulb Globe Temperatu-
re). — International Organisation for Standardisation, Geneva.
1 11.ISO 7730:84(E)/1994(E). Moderate Thermal Environments. Determination
of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for ther-
mal comfort.
1 18.1syumov N. and Davenport A.G. (1975)a. The Ground Level Wind Environ-
mental in Built-up Areas, In.: Proceedings of the 4th International
Conference on Wind Effects on Buildings and Structures. — Cambridge
University Press, Heathrow. — pp. 403—422.
1 IQ.Isyumov, N. and Davenport A.G. (1975)b. Comparison of Full-scale and
Wind Tunnel Wind Speed Measurements in the Commerce Court Plaza //
Journal of Industrial Aerodynamics, 1: 201—212.
1 2$.Jackson P.S. The Evaluation of Windy Environments // Building and
Environments, 1978, 13: 251—260.
121 .Jendritzky G., Maarouf A., Fiala D., Staiger H.} 2002. An Update on the
development of a Universal Thermal Index // Proc, of the 15-th Conf.
Biomet. Aerobiol. and 16-th ICB02, 27 Oct — 1 Nov, 2002. — Kansas City,
AMS, pp. 129—133.
122 .Kamei I., Manita E. Study on wind environmental problems caused around
buildings in Japan// J. of industrial aerodynamics, 1979, vol. 4. — pp. 307—
331.
123 .Konz S., Hwang C., Dhiman B., Duncan J. and Masud A. An experimental
validation of mathematical simulation of human thermoregulation. //
Comput. Biol. Med., 1977. vol. 7, 71-82.
124 .Lawson TV. (1978). The Wind Content of the Built Environment //
Journal of Industrial Aerodynamics, 3: 93—105
125 .Lawson T.V., Penwarden A.D. (1975). The Effects of Wind on People in the
Vicinity of Buildings, In: Proceedings 4th International Conference on
Wind Effects on Buildings and Structures, Cambridge University Press,
Heathrow. — pp. 605—622
126 .M«& Michael ¥., S. Ng Thomas. The art and science of Feng Shui — a study
on architects' perception // Building and Environment, Volume 40, Issue
3, March 2005. — Pages 427—434.
127 .Matzarakis A., Mayer EL, Moses G. Iziomon. Applications of a universal
thermal index: physiological equivalent temperature. // Int. J. Biometeorol
(1999) 43: 76-84.
128 .Melboume, W.H. (1978). Criteria for Environmental Wind Conditions //
Journal of Industrial Aerodynamics, 3: 241—249.
129 . More T.F. The structure of recreation behavior // J. of Leisure Research.
Vol. 35, issue 4. 2003. — pp. 372—396.
- 339 -
130 .Miller C.A., Davenport A.G. Guidelines for the calculation of wind speed-
ups in complex terrain // Journal of Wind Engineering and Industrial
Aerodynamics. Vol. 74—76. 1998. — pp. 189—197.
131 . Morris A.EJ. History of urban form before industrial revolution. Pearson
Education Ltd. Essex. UK, 1994. — 444 p.
132 .Murakami S. Study on Acceptable Criteria for Assessing Wind
Environment at Ground Level Based on Resident's dairies // Journal of
Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 24 (1986). — pp. 1—18.
133 . Murakami. S., Uehara K. and Deguchi K. (1980). Wind Effects on
Pedestrians: New Criteria Based on Outdoor Observation of Over (2000)
Persons, In: Germak (ed.) Proceedings of the 5th International Conference
of Wind Engineering, Fort Collins, — Colorado, — pp. 277—288.
134 . Oke T.R. Boundary layer climates. — Routledge, London. 1999. — 435 p.
135 . Oke T.R. Street Design and Urban Canopy Layer Climate // Energy and
Buildings, Vol. 11. 1988. - pp. 103-113.
136 .Penwarden A.D., Grigg, ]P.F. and Payment R. Measurements of Wind Drag
on People Standing in a Wind Tunnel, Building and Environment, 1978,
13: 75-84.
137 .PilgramJJ.,JenkinsJ.M. Outdoor recreation management. — NY, Routledge,
2001. - 329 p.
138 .Robinson S. Physiological adjustment to heat. — Phil., London, 1949.
13S .Sailor D.J., Lu L., Fan H. Estimating of urban anthropogenic heating profiles
and their implications for heat island development // Proc. 5-th Int. conf,
on Urban climate (ICUC-5), 2003. — Lodz, Poland.
140 . Siple P.A. and C.F. Passel, 1945: Measurements of dry atmospheric cooling
in subfreezing temperatures. Proceedings of the American Philosophical
Society, 89, No.l, 177-199
141 .Staiger H., Bucher K., Jendritzky G (1997): Gefbhlte Temperatur. Die
physiologisch gerechte Bewertung von Wgrmebelastung und Kflltestress
beim Aufenthalt im Freien in der Masszahl Grad Celsius. Annalen der
Meteorologie Vol. 33, 100—107
142 .Stolwijk,JAJ. (1971): A mathematical model of physiological temperature
regulation in man // NASA contractor report, NASA CR-1855. —
Washington, USA.
143 . Swaid H. Urban climate effects of artificial heat sources and ground
shadowing by buildings // International Journal of Climatology, 1993. —
vol. 13. - pp. 797-812.
144 . Tanabe S.I., Kobayashi K., Nakano J., Ozeki K, Konishi M. (2002) Evaluation
of thermal comfort using combined multi-node thermoregulation (65MN)
and radiation models and computaional fluid dynamics (CFD). Energy and
Buildings, 34, 637—646.
145 . VDI (1998):GuideIine VDI 3787, Part 2: Environmental Meteorology.
Methods for the human biometeorological evaluation of climate and air
quality for urban and regional planning at regional level. Part I: Climate.
VDI-Handbuch Reinhaltung der Luft, Bd. 1 b
146 . Wissler E.H. (1985): Mathematical simulation of human thermal behaviour
using whole body models. In: Shitzer A. and Eberhart R.C. (ed) Heat
transfer in medicine and biology — analysis and applications, Plenum
Press. — New York and London, 325—373.
147 . Wulpnagel A. Klimatisce VerWanderungen in Ballunngsgebieten unter
besonderer BerWuchschtingug der Ausgleichaswirkung von GrWun Wachen,
dargestellt am Beispiel von Berlin (West). Diss. FB 14, TU. — Berlin, 1987.
- 340 -
Оглавление
ПРЕДИСЛОВИЕ...............................................3
ЧАСТЬ I. ГОРОД И КЛИМАТ
Глава 1. Влияние климата на расселение и градообразование. 6
1.1. Исторические предпосылки градостроительной
климатологии........................................ 6
1.2. Климатические особенности эволюции системы
расселения в России................................. 12
1.3. Климатический аспект е истории градостроительного
развития............................................ 17
Глава 2. Климат и местные климатические особенности..... 23
2.1. Основные понятия о климате и погоде............ 23
2.2. Город и климатические масштабы................. 26
2.3. Пространственная неоднородность городского
микроклимата................................... 28
Глава 3. Особенности радиационного и теплового балансов
в городе................................................ 34
3.1. Структура теплового баланса ................... 34
3.2. Влияние рельефа на распределение солнечной
радиации....................................... 36
3.3. Изменение суммарной солнечной радиации в городе .... 38
3.4. Альбедо и поглощенная радиация................. 42
3.5. Затраты тепла на испарение..................... 50
3.6. Техногенный тепловой баланс.................... 54
3.7. Пространственная неоднородность эмиссии техногенного
тепла............................................... 61
3.8. Интенсивность аномалий теплового баланса....... 68
Глава 4. Ветровой режим в городах....................... 70
4.1. Общие понятия о ветре.......................... 70
4.2. Ветер и рельеф................................. 74
4.3. Ветер в застройке.............................. 79
4.4. Особенности ветрового климата Москвы........... 82
Глава 5. Особенности температурного режима городов...... 86
5.1. Общие сведения о температурном режиме.......... 86
5.2. Происхождение «островов тепла» и их интенсивность ... 87
5.3. Биоклимат и температура воздуха................ 91
5.4. Некоторые экологические эффекты «острова тепла»
в Москве....................................... 94
5.5. Температура поверхностей....................... 96
Глава 6. Влажность воздуха, облачность и осадки в городе..101
6.1. Влажность воздуха............................. 101
6.2. Облачность и осадки........................... 104
- 341 -
ЧАСТЬ IL БИОКЛИМАТИЧЕСКАЯ КОМФОРТНОСТЬ
Глава 7. Зависимость рекреационной активности
от микроклимата................................ 112
7.1. Структура рекреационной деятельности городского
населения...................................... 112
7.2. Благоустройство и комфортность территории...... 116
7.3. Пространственно-временная динамика рекреационной
деятельности................................... 120
Глава 8. Эколого-гигиенические требования к микроклимату .... 126
8.1. Биофизические и гигиенические предпосылки
организации микроклимата....................... 126
8.2. Физиологические процессы терморегуляции........ 128
8.3. Терморегуляторные реакции и теплоощущения
человека....................................... 132
8.4. Тепловой баланс организма человека и тепловой
комфорт ...............................:........... 136
8.5. Гигиеническое нормирование микроклимата........ 144
8.6. Микроклиматическая норма, комфорт и дискомфорт.... 151
8.7. Гигиеническая классификация микроклиматических
условий........................................ 155
8.8. Влияние микроклимата на самочувствие населения .... 160
Глава 9. Одежда и тепловой баланс организма человека..... 165
9.1. Теплоизоляция одежды........................... 165
9.2. Одежда и погода................................ 166
Глава 10. Комплексные биоклиматические показатели....... 170
10.1. Типы и виды биоклиматических показателей...... 170
10.2. Измерение и моделирование микроклиматических
состояний организма................................ 172
10.3. Индексы эффективных температур................ 176
10.4. Показатели теплоощущений и физиологических
реакций............................................ 179
10.5. Показатель результирующей температуры
(ГОСТ 30494-96).................................... 185
Глава 11. Архитектурно-климатические показатели ........ 190
11.1. Пофакторная оценка микроклимата архитектурной
среды.............................................. 190
11.2. Комплексная оценка погодных условий для
населения.......................................... 197
11.3. Индексы PMV, PPD и поиски «универсального
индекса»............................................204
Глава 12. Индексы экстремальных климатических воздействий ... 208
12.1. Индексы холодового стресса и ветрового охлаждения ... 208
12.2. Индекс теплового удара........................ 214
Глава 13. Показатели ветрового комфорта..................219
13.1. Методика оценки ветрового воздействия..........219
13.2. Критерии ветрового комфорта....................224
13.3. Нормирование ветрового воздействия в МГСН......230
13.4. Ветрозащитные экраны ..........................234
Приложения к ч. II..................................Г.... 239
- 342 -
ЧАСТЬ IIL АРХИТЕКТУРА И МИКРОКЛИМАТ
Глава 14. Общие принципы архитектурной климатологии.....245
14.1. Роль климата в формировании архитектурной среды
города.............................................245
14.2. Понятие «архитектурно-климатический анализ»...249
14.3. Развитие строительной климатологии в СССР.....254
Глава 15. Цели и задачи архитектурно-климатического анализа ... 257
15.1. Объекты архитектурно-климатического анализа...257
15.2. Этапы анализа............................j.... 259
Глава 16. Практика архитектурной климатологии..........262
16.1. Климатозащитные функции зданий и типы погод...262
16.2. Учет климатических условий в архитектурной
композиции.........................................271
16.3. Формы застройки и ветровой режим............ 275
16.4. Оценка размеров ветровой тени и условий аэрации
микрорайонов.......................................290
16.5. Основные направления климатозащиты для условий
Москвы...........................z.................297
Глава 17. Влияние озеленения и благоустройства
- на микроклимат........................................ 299
17.1. Средозащитные функции зеленых насаждений......299
17.2. Эффективность системы озеленения в Москве.....301
17.3. Зависимость эффективности озелененных территорий
от их размеров и структуры........................ 306
17.4. Регулирование режима аэрации застройки приемами
озеленения.........................................314
Приложения к ч. Ш ................................... 325
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................331
ЛИТЕРАТУРА.............................................334
9785964 70113
Михаил Сергеевич Мягков
Юрий Дмитриевич Губернский
Лидия Ивановна Конова
Владимир Константинович Лицкевич
Город, архитектура, человек и климат
Редактор Попова И,В.
Верстка Агнистиков А.В.
Подписано к печати 23.01.2007.
Формат бОхЭО1/^. Бумага офсетная.
Гарнитура Петербург. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 21,э. Уч.-изд. л. 22,2.
Тираж 1000 экз. Изд. № Д-1 Заказ №558
ООО Издательство «Архитектура-С»
107031, Москва, ул. Рождественка, 11
Отдел реализации (495) 628-51-64
E-mail: archit-s@yandex.ru
www.architecture-s.ru
Отпечатано в ОАО “ИЛК “Ульяновский Дом печати
432980, г. Ульяновск, ул. Гончарова, 14