Предмет изучения строительной климатологии
Область применения климатических параметров в строительстве
Строительная климатология служит для удовлетворения всех требований, предъявляемых к строительству населенных пунктов в части обеспечения их различными расчетными метеорологическими параметрами, климатическими характеристиками за время их работы в течение года, специфическим климатическим зонированием.
С ее помощью для любого климатического района строительства определяют требуемый уровень теплозащиты ограждающих конструкций, рассчитывают тепловлажностные нагрузки на системы отопления и вентиляции, кондиционирования воздуха, рассчитывают теплопоступления и теплопотери, инсоляцию и световой режим зданий и сооружений различного назначения, а также ведут прочностные расчеты и определяют долговечность как отдельных элементов, так и здания или сооружения в целом. Кроме того, климатические параметры необходимы также для разработки и производства новых строительных материалов, изделий и конструкций. Внешние воздействия на строительный объект характеризуются параметрами климата.
При расчете уровня теплозащиты (приведенного сопротивления теплопередаче) зданий учитывается температура воздуха наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки, скорость ветра в холодный период года, влажность воздуха.
При нахождении максимальных расчетных теплопотерь, теплопотерь за отопительный период и за срок службы здания используются абсолютные минимальные температуры воздуха, температуры наиболее холодных суток, пятидневки, месяца, параметры продолжительности и средней температуры отопительного периода, удельная энтальпия, скорость и направление ветра. Максимальные теплопотери являются определяющими при проектировании установочной мощности систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в холодный период. Данные о сезонных теплопотерях используются при выборе уровня теплозащиты здания и вида системы отопления.
Расчет теплопоступлений в помещения зданий выполняется с учетом суммарной солнечной (прямой и рассеянной) радиации, падающей на поверхность под любым углом относительно горизонта, параметров температуры теплого и холодного периодов года и служат для выбора мощности систем вентиляции и кондиционирования воздуха, а также процесса обработки воздуха в системах.
Для определения долговечности ограждающих конструкций и здания в целом, глубины заложения фундаментов используют параметры перехода температуры воздуха через ноль градусов по шкале Цельсия, расчетные температуры воздуха теплого и холодного периодов, в том числе, данные о продолжительности температур воздуха различной градации, а также данные о количестве выпадающих осадков.
На основе климатических параметров рассчитываются теплоустойчивость и пароизоляция ограждающих конструкций, определяется воздухопроницаемость строительных материалов, изделий, ограждений и зданий.
Для проектирования генеральных планов городов, поселков, сельских населенных пунктов важны климатические периоды теплого и холодного сезонов года, скорость и направление ветра. Располагая достоверными климатическими параметрами, ученые и проектировщики обосновывают целесообразность принимаемых проектных решений планировки городов, рабочих поселков и населенных мест с позиций обеспечения в зданиях и в районах застройки безопасного и комфортного проживания людей, энергосбережения.
Краткая история развития строительной климатологии
Метеорологические знания накапливались человечеством с древнейших времен: отдельные сведения о наблюдениях атмосферных явлений имеются в письменных источниках древнего Китая, Индии, Египта, Греции и Рима. Содержатся подобные сведения и в русских летописях. Первая попытка объяснить некоторые атмосферные явления была предпринята Аристотелем в IV веке до н.э. и зафиксирована им в его книге «Метеорологика».
В России 25.05.1650 г. был издан приказ царя Алексея Михайловича (Тишайшего) о наблюдениях. В 1657 -1677 гг. уже было более 2000 записей о погоде в Москве. Петр 1 ввел отчасти дневник погоды. Записи производились в русском флоте в вахтенных журналах. С 1777 г Екатерина II велела записывать сведения о невских наводнениях и видах на урожай и сама вела наблюдения за реками: даты вскрытия, продолжительность ледовых явлений и т.д. Сталин также работал в Тифлисе на сборе метеоинформации.
Начало современной научной метеорологии относится к XVII веку, когда были заложены основы физики, изобретены первые метеорологические приборы: термометр (Галилей, 1603 г.), ртутный барометр (Торичелли, 1643 г.), барометр-анероид (Лейбниц, 1700 г.) и начаты инструментальные наблюдения. В то же время были заложены основы современных метеорологических теорий: Э. Галлей впервые объяснил природу муссонов, Г Хэдли (Гадлей) издал трактат о пассатах. В середине XVIIIвека М.В. Ломоносов считал метеорологию самостоятельной наукой.
1 (13) апреля 1849 г. в Санкт-Петербурге по указу императора Николая I была создана Главная физическая обсерватория (ГФО), на которую было возложено «производство физических наблюдений и испытаний в обширном виде и вообще для исследования России в физическом отношении». Инициатором создания и первым директором ГФО был академик Адольф Яковлевич Купфер – разносторонний физик, научные интересы которого были чрезвычайно широки. К моменту основания ГФО наблюдения за метеорологическими и магнитными явлениями получили в России большое развитие благодаря усилиям Академии Наук, Горного ведомства и отдельных ученых-энтузиастов. С основанием ГФО начался качественно новый этап в развитии российской метеорологии, важнейшим направлением которого явилось создание метеорологических обсерваторий для отдельных краев и подчинение геофизических наблюдений единому государственному центру. Наши декабристы также собирали данные. При Столыпине число пунктов наблюдений за погодой утроилось. В 1919 г был создан Государственный Гидрологический Институт, в 1943-государственный океанографический институт. В 1947 г стали использовать метеорологические и геофизические ракеты, в1959 г – было построено гидрографическое судно Воейков. С 1967 г начали работать искусственные спутники Земли «Метеор».
Систематические инструментальные наблюдения в России начали по инициативе Петра I с открытием в Петербурге в 1725 г. Академии наук. Несколько позднее (в 1733 г.) ряд метеорологических станций на Урале и в Сибири был создан экспедицией под руководством В. Беринга. Метеостанция «Охотск» начала свою работу с 1789 г., «Николаевске-на-Амуре» с мая 1820, «Хабаровск» с 1910 г. 8 августа 1898 года в газете «Санкт-Петербургские ведомости» был впервые опубликован прогноз погоды на сутки, составленный в Главной физической обсерватории.
Выдающийся вклад в развитие мировой метеорологии внес М.В. Ломоносов. Он создал первую теорию атмосферного электричества, высказал ряд важных теоретических положений о слоистом строении атмосферы, о причинах горизонтального и вертикального движения воздуха. Им сконструированы также несколько оригинальных метеорологических приборов, в том числе анемометр и универсальный барометр. Им была доказана необходимость организации сети метеорологических станций с единой методикой наблюдений.
Во второй половине XIX века выполнены фундаментальные исследования по климатологии крупнейшим русским географом и климатологом А.И. Воейковым, научные труды которого, посвященные выявлению физических закономерностей формирования климата, характеристике климата земного шара и особенно России, не потеряли своего значения до сих пор. По инициативе А.И. Воейкова, в бытность его секретарем Метеорологической комиссии при Русском географическом Обществе, в 1870 году была организована в Российской Империи широкая сеть добровольных корреспондентов, которые вели систематические метерологические наблюдения над грозами, дождями и другими элементами климата, результаты которых публиковались в изданиях Общества.
Имя А.И. Воейкова увековечено:
· Ось Воейкова (климатическая, барометрическая).
· Пролив Воейкова в Малой гряде Курильских островов.
· Посёлок Воейково во Всеволожском районе Ленинградской области, где установлен его бюст на центральной площади (скульптор Михаил Аникушин).
· В 1949 году Главной геофизической обсерватории в связи с её 100-летием было присвоено имя Александра Ивановича Воейкова.
· В феврале 2018 года в честь Александра Ивановича Воейкова названа улица в районе метро Проспект Вернадского в Москве (ЗАО).
· Ледник Северном Урале.
· Научно-исследовательское судно.
· В Музее землеведения МГУ (на 24 этаже Главного здания) установлен бюст А. И. Воейкова.
В XX веке наблюдается бурное развитие всех отраслей метеорологии, чему способствовало открытие важнейших законов физики и разработка новых методов исследования атмосферы. Благодаря изобретению П.А. Молчановым радиозонда (1930 г.) наземные метеорологические наблюдения стали дополняться исследованиями высоких слоев атмосферы.
Важнейшую роль в развитии метеорологии, а также в метеорологическом обслуживании народного хозяйства всех стран мира играет между народное сотрудничество в области метеорологии. Атмосферные процессы не знают государственных границ и носят глобальный характер. Поэтому многие проблемы в метеорологии могут быть решены только при условии одновременных исследований на обширных пространствах земного шара. Большое значение для научных исследований, оперативного прогнозирования погоды и обслуживания народного хозяйства имеет международный обмен метеорологической информацией. Россия является членом Всемирной метеорологической организации (ВМО), созданной при Организации Объединенных Наций в 1950 г или ООН в области метеорологии. Является компетентным органом ООН по вопросам наблюдения за состоянием атмосферы и ее взаимодействия с океаном. Штаб-квартира находится в Женеве. День вступления в силу Конвенции об основании ВМО 23 марта отмечается как Всемирный метеорологический день. В ВМО входят 189 государств (декабрь 2009 г). ВМО возникла из ММО (Международной Метеорологической Организации), которая была основана в 1873 г. В рамках ВМО в 1967 г. была организована Всемирная служба погоды (ВСП), состоящая из глобальной системы наблюдений, телесвязи и обработки данных. В систему ВСП входят три мировых центра - в Москве (Гидрометцентр России), Вашингтоне и Мельбурне и 25 региональных центров. Обмен информацией происходит весьма быстро: например, данные со всего Северного полушария могут быть собраны за 3-4 часа, а со всего земного шара - за 7-10 часов.
ВМО приняты и разрабатываются ряд крупнейших научных программ: в том числе Программа исследования глобальных атмосферных процессов (ПИГАП). ПИГАП подразделяется на несколько подпрограмм по изучению отдельных обширных районов Земли и их энергетического потенциала. Эти программы выполняются многими странами с привлечением большого числа ученых и с использованием огромного количества технических средств сбора и обработки информации. Так, в Первом глобальном эксперименте ПИГАП было задействовано 9200 метеорологических, 850 аэрологических станций, 9 спутников, 89 самолетов, 368 дрейфующих буев и др. Такие исследования невозможно провести в отдельной стране.
