Дисциплина Физика городской среды. Лекция 1 презентация

План лекции:
Цель и задачи дисциплины «Физика городской среды»
- Проектирование городов и промышленных комплексов с учетом климатических и геофизических особенностей района строительства.
- Технический регламент в области энергосбережения, экологической безопасности, сертификации и теплозащиты.
- Микроклимат помещений

Цель изучения дисциплины: формирование теоретических основ и практических навыков и умений проектирования микроклимата в городах, жилых застройках и зданиях, обучение знаниям научных и практических основ использования света и цвета в проектировании светового и цветового комфорта в окружающей среде обитания человека.
Создание условий для отработки навыков и умений, развития мышления, расширения кругозора, развития коммуникативных навыков через разнообразные виды деятельности для формирования личности, способной к творческой и самостоятельной деятельности.

Источники

Командная работа

Предмет физики городской среды
Строительная физика – прикладная область физики, рассматривающая физические явления и процессы в конструкциях зданий, связанные с переносом тепла, звука, и света, а также явления и процессы в помещениях здания, связанные с распространением звука и света.
Цель: приобретение студентами знаний в области строитель­ной физики и их применение при проектировании объемно-планировочных ограж­дающих конструкций зданий, стен и перегородок.

Cтроительная физика включает разделы:
- Строительная климатология;
- Строительная теплотехника;
Строительная и архитектурная светотехника
Строительная и архитектурная акустика

Задачи строительной физики:
обеспечение комфортности проживания и жизнедеятельности людей в зданиях с помощью применения соответствующих ограждающих конструкций и планировочных решений зданий;
обоснование применения в строительстве материалов и конструкций;
выбор размеров и формы помещений, которые обеспечили бы оптимальные температурно-влажностные, акустические и светотехнические условия в помещениях соответственно их функциональному назначению;
обеспечение мер теплозащиты наружных стен, полов, чердачного перекрытия и световых проемов;
проверка воздухопроницаемости конструкций здания, теплоустойчивости наружных стен;
проверка конденсации влаги в толще ограждения в холодный период года в соответствии с нормативной и справочной литературой;

умения:
- применять законы физики при решении расчетных и качественных задач в будущей профессиональной деятельности;
- решать прикладные физические задачи с применением компьютерных технологий;
- демонстрировать глубокие современные знания в области строительной физики;
- критически оценивать и интерпретировать новейшие достижения теории и практики;
навыки:
- конструирования ограждающих конструкций и подтвер­ждения правильности их решения специальными расчетами;
- проведения самостоятельных исследований по тепло-, влаго-, шумозащите и интерпретации их результатов;
- проведения и оценки результатов измерений
- основными методами акустических, светотехнических и теплофизических расчетов с учетом свойств материалов, района строительства и ограждающих конструкций для помещений различного назначения.

компетенции:
в теории теплотехники, климатологии, светотехники, акустики для практического проектирования теплового, светового и акустического комфорта в помещениях и в городах;
в применении основных методов анализа в строительной климатологии, оценки факторов микроклимата и расчетов, связанных с его формированием;
в обобщении, анализе, восприятия информации, постановке цели и выбору путей ее достижения;
в использовании нормативных правовых документы в своей профессиональной деятельности;

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследования микроклимата помещений и пространств

Строительная климатология обеспечивает целесообразные проектные решения зданий, их комплексов и городской застройки с учетом особенностей климата.
Основная задача строительной климатологии - обоснование целесообразности решений планировки городской застройки, выбор типов зданий и ограждающих конструкций с учетом климатических особенностей района строительства.

Климат – многолетний режим погоды. Влияние погоды оценивается комплексным воздействием ее многих составляющих (сезонные и суточные изменения температуры, давления атмосферы, влажности, сезонные атмосферные осадки, цикл повторяемости погоды и т.д.).

Основные факторы климата следующие:
- относительная влажность воздуха,
- количество солнечной радиации,
- интенсивность ветров,
континентальность климата и температура воздуха,
- количество осадков.

Климатическое районирование разрабатывается архитекторами и климатологами для цели проектирования и непосредственно связано с типологией зданий и градостроительными решениями.

Схематическая карта климатического районирования территории Республики Казахстан для строительства

Согласно СП РК 2.04-01-2017 “Строительная климатология” - основному источнику климатической информации для архитекторов на карте было выделено 4 климатических района.
1- север, холодный климат,
II – умеренные широты, умеренно-холодный климат;
III – часть южных районов с очень теплым летом;
IV - юг, зима мягкая, лето жаркое.

Классификация типов погоды и режимы эксплуатации жилища

На основании метеорологических наблюдений были установлены основные климатообразующие факторы:
астрономические (солнечная радиация, космические тела, излучения и др.);
географические (рельеф, лес, вода);
циркуляционные (циркуляция воздуха и магнитных полей), зависящие от астрономических и географических факторов.

Наука о климате называется «климатологией».
В климатологии применяется понятие «годовой ход» который используется для характеристики изменения параметров основных факторов климата в течение года.
Основные факторы климата в этом случае могут быть сформированы следующим образом:
годовой ход среднемесячных температур;
годовой ход амплитудных колебаний температур в характерные периоды года (зима и лето);
годовой ход относительной влажности воздуха;
годовой ход скорости и направлений ветра;
годовой ход солнечной радиации.

Учет ветрового режима:
учет ветрового режима при планировке и застройке городов и территорий (в т.ч.аэрация);
учет охлаждающего действия ветра на людей и здания;
учет ветра при проектировании воздухообмена в зданиях;
учет ветра как нагрузки.
Элементы климата, необходимые учитывать в строительстве
Ветер – перемещение воздуха, возникающее вследствие неравномерного распределения атмосферного давления по земной поверхности, обусловленное неравномерным нагревом подстилающей поверхности.

Если направление характеризуется азимутом, то направление ветра указывается в градусах.
Северному ветру будет
соответство­вать 0° (360°),
северо-восточному — 45°,
восточному — 90°,
южному — 180 , западному — 270°.
Направления ветра мгновенное и сглаженное.
Один из важнейших аспектов использования ветра – аэрация городских кварталов, промышленных площадок и т. д.

Ветровое давление пропорционально аэродинамическому коэффициенту, который показывает долю скоростного напора, переходящего в давление. Оно определяется по формуле:
(1)
где Р – давление кгс/м2;
– скоростной напор невозмущенного потока;
к– аэродинамический коэффициент, зависящий от геометрических параметров и формы здания, а также степени защищенности и расположения здания относительно направления потока.

Для определения направления ветра используют многолетние данные по скорости и повторяемости ветра и строят так называемые „розы ветров„ по восьмирумбовой шкале направлений сторон света.

4. Оценка температурно-ветрового режима местности.

Элементы климата, необходимые учитывать в строительстве
Температура воздуха.
Различают
-среднемесячную температуру воздуха в сезоне,
-абсолютную температуру в заданной зоне,
-среднюю максимальную и минимальную, характеризующие положительную и отрицательную температуры за определенный период суток, средние температуры днем и ночью и т.д.

В ряде случаев пользуются понятием температурного градиента, равного уменьшению температуры на каждые 100 м высоты над землей на 10 градусов:
(3)

Влажность воздуха.
Различают абсолютную и относительную влажности воздуха.
Плотность водяного пара, т.е. его содержание в воздухе, называется
а б с о л ю т н о й влажностью воздуха, кг/м3.

Различают абсолютную и относительную влажности воздуха.
Плотность водяного пара, т.е. его содержание в воздухе, называется а б с о л ю т н о й влажностью воздуха, кг/м3. Относительная влажность воздуха – это величина, показывающая, как далек пар от насыщения.
Это отношение парциального давления p водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара p0 при той же температуре, выраженное в процентах:
Элементы климата, необходимые учитывать в строительстве

Зависимость абсолютной влажности от его температуры представлена в таблице 1.
Таблица1

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ
прямая (S) - это часть энергии от видимого диска солнца,
рассеянная (D) - это часть энергии от небосвода без учета прямых солнечных лучей,
суммарная (Q)- представляет собой сумму прямой и рассеянной радиации.
Элементы климата, необходимые учитывать в строительстве

Дожди и их учет в проектировании и строительстве
Время от времени случаются экстремальные отклонения от средних значений и выпадают обильные осадки, что вызывает серьезные осложнения в жизнедеятельности городов:
переполнение системы ливневых стоков и подтопление отдельных городских территорий;
экстремальный подъем уровня воды в реках и каналах, сопро­вождающийся подтоплением территорий или разрушением мостов;
переполнение системы водоотвода с кровель зданий, что приводит к замачиванию фасадов, протечек кровель и даже их разрушению;
обильные снегозаносы транспортных магистралей парализующие жизнь города.
В градостроительном проектировании весьма важными задачами являются учет интенсивных осадков при проектировании дождевого стока с городских территорий и учет снегозаносов городских территорий при метелях.
В архитектурно-строительном проектировании зданий на первый план выходят задачи проектирования водоотвода с кровли с учетом интенсивности осадков, увлажнение стен зданий косыми дождями (дожди с ветром) и учет снеговых нагрузок на здания.

Гигиенические основы климатизации городов и зданий
Одно из назначений зданий – защита людей и находящихся в нем оборудования и инвентаря от неблагоприятных воздействий природы. Эта функция обеспечивается в помещениях созданием внутреннего климата (микроклимата), качество которого должно соответствовать совокупности технологических и гигиенических требований.

Улучшение качества внешней среды в городах требует:
1. создание защитных санитарных зон, устраняющих вредные воздействия промышленных предприятий на селитебную территорию города. Промышленный район следует располагать с учетом направления господствующих ветров;
2. равномерное распределение на территории города зеленых насаждений и водоемов;
3. обеспечение интенсивной аэрации городской застройки. Эффективность аэрации во многом зависит от структуры города и расположения улиц по отношению к солнцу.

Обработка данных сводится прежде всего:
1. к определению годового хода среднемесячных температур и амплитуды температур в характерные периоды;
2. к определению годового хода относительной влажности воздуха и скорости ветра;
3. классификации метеорологических условий (типы погоды с поправками на ветер и солнечную радиацию).

Методы исследования микроклимата
Исследования проводятся путем организации густой сети наблю­дений на небольших расстояниях хотя бы на короткие промежутки времени.
Наблюдения над ветром, температурой и влажностью при этом производят на разных уровнях над почвой, начиная от нескольких сантиметров. Практикуют микроклиматические съем­ки с одновременными наблюдениями в ряде точек на местности.
Для микроклиматических наблюдений применяют переносные походные приборы:
психрометр Ассмана и ручной анемометр,
электрические термометры и переносные акти­нометрические приборы,
- автомобиль, с которого делаются наблюдения походными приборами в различных точках выбранной трассы или самопишущие приборы непрерывно на всей трассе,
съемки снеж­ного покрова, выясняющие особенности его распределения на местности.

Комфортными являются следующие параметры среды:
температура воздуха 18—22˚С;
относительная влажность воздуха 30—60 %;
скорость движения воздуха 0,25—0,5 м/с;
уровень шума 30—60 дБ;
значение коэффициента естественной освещенности при боковом освещении 1,0—1,5 %;
уровень искусственной освещенности 250— 350 лк.

Годовой ход изменения климатических элементов
При изучении хода климатических элементов графическое изображение критических зон помогает выявить важнейшие характеристики климата данной местности. Для построения графика можно использовать бланк-сетку, образец которой показан на рисунке 2.

1. Оценка годового хода изменения климатических элементов.

3. Оценка летнего температурно-влажностного режима местности.

Задание на СРС 1
Аэродинамика высотных зданий.
Опыт архитектурно-климатических достижений.
Сооружения Нормана Фостера в Казахстане.
Форма контроля - конспект.
Сроки сдачи – на практике (1, 2 неделя).
Задание на СРСП
РГР 1.по разделу «Основы теплозащиты» Теплофизический расчет наружных ограждений([1], [2], [6]). Форма контроля – защита проекта.
Сроки сдачи – 1-3 недели.

ГЛОССАРИЙ
Глоссарий

Список рекомендуемой литературы
Основная литература:
1. Куприянов В.Н. Физика среды и ограждающих конструкций: учебное пособие.-Казань:
КазГАСУ, 2016.-214
2. Куприянов В.Н. Климатология и физика окружающей среды: учебное пособие.-Казань:
КазГАСУ, 2016.-114
3. Соловьев А.К. Физика среды. М., 2011.-544с
4. Под редак. Оболенского Н.В. Архитектурная физика. М.: Архитектура-С, 2016, - 448 с.
5. Под ред. Оболенского Н.В. Архитектурная физика. – М.:Архитектура С - 2007-
448с.
6. Соловьев А.К. Физика среды. М., 2011.-544с.
7. Поддаева О.И. Архитектурно-строительная аэродинамика М.: Стройиздат, 2007, - 448 с.
8. Самарин О.Д. Теплофизика, энергосбережение,энергоэффективность, 2014, LL&Company
Дополнительная литература:
1. * Блази В. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: «Техносфера», 2005.-
535с.
2. Ильина В.В., Аймагамбетова З.Т. Методические указания по выполнению СРС и
СРСП по дисциплинам «Строительная физика и архитектурная физика». КазГАСА, 2010. -32 с.
3. Самарин О.Д. Теплофизика, энергосбережение, энергоэффективность, 2014,
LL&Company
4. Әлинов М.Ш. Энергия үнемдеудің және тиімділігінің негіздері, 2015 изд-во Бастау
5. Alinov M.Sh. Fundamentals of Energy Conservation and Efficiency,2015, изд-во Бастау
6. Алинов М.Ш. Основы энергосбережения и энергоэффективности, 2015, изд-во
Бастау
7. Әлинов М.Ш. Энергия үнемдеудің және тиімділігінің негіздері, 2015 изд-во Бастау
8. Alinov M.Sh. Fundamentals of Energy Conservation and Efficiency,2015, изд-во Бастау
9. Алинов М.Ш. Основы энергосбережения и энергоэффективности, 2015, изд-во Бастау
10. Аймагамбетова З.Т., Аймагамбетова С.М. Методические указания для решения задач по
дисциплинам «Строительная физика» и «Архитектурная физика». КазГАСА,2015