Экологическая климатология и климатические ресурсы (стр. 16 )

Неблагоприятное термическое воздействие на стены оценивалось по морозо­стойкости материалов в зависимости от климатических параметров. Морозо­стойкость — условная характеристика, которая измеряется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания насыщенного водой материала без существенной потери технических свойств. Несущая способность ограждающей конструкции существенно зависит от ее толщины и эксцентриситета приложе­ния нагрузки. Появление последнего в результате морозной деструкции строи­тельного материала переводит работу конструкции стены из системы „централь­ное сжатие" в систему „внецентральное сжатие", что неизбежно приводит к перераспределению напряжений и новому напряженно-деформированному со­стоянию, и несущая способность стен резко падает. Колебания отрицательной температуры наружного воздуха приводят к изменению положения точки нуле­вой температуры в толще стены. Миграция нулевой изотермы, а следовательно, многократное замораживание и оттаивание материала приводят к постепенному его разрушению. Как показало совместное исследование Института энергетики Санкт-Петербурга и Главной геофизической обсерватории им. , в Санкт-Петербурге здания из керамзитобетона вместо расчетных 50 лет имеют долговечность 20 лет.

Параметр q, по которому оценивается долговечность наружной ограждающей конструкции или ее наружного защитного слоя в зависимости от перепадов температуры, определяется по формуле:

q =	N ( wн – wр)
[(wэ3 – wр) åni3x3(ti) + (wэл – wр) åniлxл(ti) ] ,
	i	i

(1)

I мм/ч

4-

3-

2-

1-

0-_________________________________________

Vр м/с

Рис.8. Связь скорости равновесного падения капель Vр с интенсивностью дождя I.

где N — выдерживаемое материалом ограждения или соответственно его наруж­ным защитным слоем число циклов попеременного замораживания при стан­дартных испытаниях на морозостойкость, равное индексу устанавливаемой марки по морозостойкости (например, 35 циклов при F35); wн - массовое отно­шение влаги в материале, соответствующее его полному водонасыщению без вакуумирования; wp - среднее равновесное массовое отношение влаги в мате­риале, ниже которого при температуре -20 °С лед в нем не образуется; wэ3 и wэл - массовые отношения влаги в материале в зоне промерзания ограждения в условиях его эксплуатации соответственно в зимне-весеннем и летне-осеннем периодах года при расчетах на долговечность; x3(ti) и xл(ti) - соответствующие зимне-весеннему и летне-осеннему периодам года переменные коэффициенты, зависящие от достигаемой материалом отрицательной температуры ti в каждом отдельном случае i ее перехода через 0 °С ниже температуры замерзания tнз в нем жидкой влаги; пi3 и niл - соответственно число таких случаев i-ro достижения температуры ti, в году в эти периоды.

Для установления числа случаев i и соответствующих им значений темпера­туры tit по которым находят коэффициенты x(ti), необходимо иметь представле­ние о нестационарных температурных полях наружных ограждающих конст­рукций в зимне-весенний и летне-осенний периоды года, с учетом характеристик климатической активности района строительства, влияющих на долговечность наружных ограждений.

Производится прогнозирование их долговечности, для чего необходимы следующие кли­матические показатели наружного воздуха:

- средняя месячная температура tсм;

- средняя амплитуда Ас суточных колебаний температуры по месяцам года с периодом Р = 24 ч;

- средняя суточная температура tcc;

- темп b изменения средней месячной температуры в зимне-весенний и лет­не-осенний периоды года;

- средний расчетный полупериод Рр устойчивых периодических заморозков и оттепелей по отношению к ходу средней месячной температуры tсм в зимне-весенний и летне-осенний периоды года;

- средняя расчетная амплитуда Ар этих заморозков и оттепелей с полупериодом Рр в зимне-весенний и летне-осенний периоды года;

- среднее расчетное число mр указанных заморозков и оттепелей в зимне-весенний и летне-осенний периоды года;

- средняя календарная дата начала устойчивых периодических оттепелей по отношению к ходу средней месячной температуры tсм в зимне-весенний период года;

- средняя календарная дата начала устойчивых периодических заморозков по отношению к ходу средней месячной температуры tсм в летне-осенний период года.

Для оценки климатического потенциала морозостойкости рассчитан пара­метр долговечности ограждающих конструкций в зависимости от зоны влажно­сти при нормальных условиях эксплуатации ограждающих конструкций.

Наиболее высокие показатели долговечности конструкций и сооружений наблюдаются на юго-востоке европейской части России (вдоль границы, разделяющей зоны сухого и влажного воздуха).

3.8 Железнодорожные климатические ресурсы

Основные специализированные показатели климатических ресурсов для же­лезнодорожного транспорта и диапазон их изменения представлены в таблице 54.

Все представленные в таблице показатели ухудшают работу железнодорожного транспорта. Снегопады и метели можно считать одним из наиболее опасных явлений по­годы для работы железнодорожного транспорта. Ежегодно снегопады и метели приводят к нарушению работы станций, узлов и даже целых направлений. Снегопады опасны станциям и узлам, так как постоянная занятость станцион­ных путей подвижным составом осложняет использование снегоуборочной техники. Кроме этого, на крупных станциях и узлах централизованное управле­ние осуществляется сотнями стрелочных переводов, которые должны содержать­ся безупречно чистыми, исключающими возможность напрессовки снега между рамным рельсом и остряком. Выпадение и перенос снега приводят также к большим трудозатратам и расходам денежных средств на снегоуборку и расчистку регулировочных стрелок.

Таблица 54

Диапазон изменения специализированных показателей железнодорожных климатических ресурсов

Показатель	Ед. измер.	Минимум	Максимум
Максимальное число дней с сильным снегопадом, метелью, интенсивными осадками и высокой скоростью ветра (опасными природными явлениями)	дни	2	57
Объем переносимого снега за зиму с максимальной продолжительностью метелей	м3/пог. м	11	1500
Наибольшая за зиму максимальная декадная высота снежного покрова по постоянной рейке	см	13	141
Среднее число дней с максимальной температурой воздуха за сутки ³ 30 °С	дни	0	50
Среднее число дней с минимальной температурой воздуха за сутки £ -25 °С	«	0	117
Число дней с осадками ³ 0,1 мм	«	60	220

Для железнодорожных путей большое значение имеет и высокая, и низкая температура воздуха. Под влиянием высокой температуры воздуха рельсы удли­няются. При неудовлетворительном текущем содержании пути происходит сгон стыков, образуются „слепые зазоры", что приводит к нарушению изоляции в изолирующих стыках и выбросу пути. Низкая температура вызывает укорачи­вание рельсов. Это ведет к увеличению зазоров, нарушению изоляции в изоли­рующих стыках и излому рельсов. Повышение температуры воздуха до t > 30 °С вызывает провисание проводов настолько, что даже при тихой погоде может происходить их замыкание. Низкая температура приводит к сокращению длины проводов, поэтому они рвутся при малейшей добавочной нагрузке. Кроме того, при низкой температуре выходит из строя водяная отопительная система пасса­жирских вагонов, восстановление которой длительное и дорогостоящее дело. Жара и сильные морозы очень опасны для системы автоблокировки и могут вызывать повреждение подводящих проводов и выход ее из строя.

Сильные дожди представляют опасность для земляного полотна, и могут при­вести не только к ограничению скорости, но и к перерыву движения поездов. При метелях, снегопадах, сильных ливнях ухудшается видимость, снижается работоспособность людей, затрудняется вождение поездов и маневровая работа на станциях. Осадки влияют на слышимость передач, сильный ветер в сочетании со снегопадом и метелями приводит к массовому обрыву проводов. Все перечис­ленные явления отрицательно влияют на работу всех служб железнодорожного транспорта (службы перевозок, службы пути, службы сигнализации и связи, службы движения, локомотивной службы и др.).

В европейской части России очаги наибольших удельных ресурсов наблюда­ются в Калининградской области, центральных и южных районах. Здесь отмечаются благоприятные температурные условия (низкие и высокие значения температуры воздуха наблюдаются достаточно редко — мень­ше 6 дней в году) и небольшие объемы переносимого снега (20-70 м3/пог. м). В целом на всей территории европейской части России климатические ресурсы для железнодорожного транспорта достаточно высокие - 10,1-12,5 у. е. (табл.55). Часто­та опасных природных явлений равна в среднем 2-6 за год. В южных и запад­ных районах европейской части России (кроме высоких широт) устойчивый снежный покров либо не образуется, либо его максимальная высота не превыша­ет 20 см. Объемы переносимого снега не превышают 100 м3/пог. м.

Области наименьших для европейской части России климатических ресурсов расположены на севере (8,3 у. е.). Здесь наблюдается наиболее низкая темпера­тура в сочетании с большим объемом переносимого снега (200 м3/пог. м) и высо­той снежного покрова более 80 см, а также отмечается максимум числа дней с осадками ³ 0,1 мм (более 180). В Саратовской и Нижегородской областях, рес­публиках Татарстан, Башкортостан, Мордовия и в Удмуртской Республике также расположены области пониженных значений железнодорожных ресурсов. Это понижение связано в основном с несколько большим объемом переносимого снега (100-200 м3/пог. м) и максимальной высотой снежного покрова (> 100 см) в этих районах.

Таблица 55

Значения основных специализированных показателей

железнодорожных климатических ресурсов

Административно-территориальная единица (область)	Максимальное годовое число дней с сильными снегопадами, метелями, интенсивными осадками и высокой скоростью ветра	Наибольшая за зиму максимальная декадная высота снежного покрова на постоянной рейке, см	Объем переносимого снега за зиму с максимальной продолжительностью метелей, м3/пог. м	Градация ресурсов, у. е
Курская	6	63	50	10,05 – 12,55
Тамбовская	4	64	250
Воронежская	5	58	30
Белгородская	5	52	140	12,55 – 15,05
Липецкая	3	47	100

3.9 Канализационные климатические ресурсы

Канализационные климатические ресурсы - климатические условия, в ко­торых происходит строительство и эксплуатация канализационных сетей и коллекторов.

Основные специализированные показатели климатических ресурсов для про­ектирования систем канализации и диапазон их изменения представлены в таблице 56.

Таблица 56

Диапазон изменения специализированных показателей канализационных климатических ресурсов

Показатель	Единица измерения	Минимум	Максимум
Суточный максимум осадков 1 % - й обеспеченности	мм	40	230
Средняя интенсивность дождя продолжительностью 20 мин	л/с на 1 га	10	150
Глубина промерзания грунта	см	18	Более 500 м (в районах вечной мерзлоты)

При проектировании систем канализации климатические параметры учиты­ваются при расчете расходов сточных и дождевых вод, а также при определении глубины заложения канализационных трубопроводов и коллекторов. Чем выше значения указанных характеристик, тем больше материальных затрат требует проведение канализационных сетей и, следовательно, тем меньше канализацион­ные климатические ресурсы.

Расчетные максимальные расходы сточных вод определяются с учетом до­полнительного притока поверхностных и грунтовых вод в периоды наиболее сильных дождей, поступающего в сети канализации через неплотности люков колодцев и за счет инфильтрации грунтовых вод. Дополнительный приток q определяется по формуле

q = 0.15 L(md)0,5

где L — общая длина трубопроводов до данного сооружения; md — максимальное cуточное количество осадков.

При расчете расходов дождевых вод основным климатическим показателем является средняя интенсивность дождя 20-минутной продолжительности. Два­дцать минут в качестве интервала, для которого рассчитывается интенсивность осадков, выбраны потому, что за этот период выпавшие осадки должны стечь в систему канализации (исходя из параметров канализационных сетей, принятых в нашей стране).

При проектировании канализационных сетей необходимо учитывать глубину промерзания грунта, так как должна быть исключена возможность замерзания транспортируемого по трубам продукта. Поэтому глубина заложения труб, считая от низа трубы, превышает на 0,5 м глубину промерзания. При прокладке трубопроводов в зоне вечной мерзлоты материал труб и элементов стыковых соединений должен удовлетворять требованиям морозоустойчивости. Для предохранения от замерзания предусматривается дополнительный сброс теплой воды (отработанной или специально подогретой), а также сопровождение участков трубопроводов, в наибольшей степени подверженных опасности замерзания, греющим кабелем или теплопроводом. Все эти мероприятия требуют очень больших материальных затрат. Поэтому данные о глубине промерзания грунта входят в расчеты канализационных климатических ресурсов с весом 0,7, а характеристики осадков, необходимые в основном для дождевой канализации — с весом 0,3.

Территория европейской части России в целом характеризуется достаточно благоприятными климатическими условиями для строительства и эксплуатации канализационных сетей (табл. 57).

Таблица 57

Значения основных специализированных показателей

канализационных климатических ресурсов

Административно-территориальная единица (область)	Средняя интенсивность дождя продолжительностью 20 мин, л/с на 1 га	Суточный максимум осадков 1 %-й обеспеченно-сти, мм	Глубина промерзания грунта, см	Градация ресурсов, у. е.
Тамбовская	85	84	140	10,05-12,55
Белгородская	90	88	130
Курская	90	117	120
Воронежская	85	94	130
Липецкая	85	103	120

Глубина промерзания почвы в центральных и северных районах европейской части России составляет см. Средняя интенсивность дождя 20-минутной продолжительности в этих районах изменяется от 45 до 85 л/с на 1 га, а суточный максимум осадков - от 60 до 100 мм. Такие значения показателей осадков являются средними для территории РФ.

На юге европейской части России глубина промерзания почвы уменьшается до 30-60 см. Для показателей осадков наблюдаются большие различия между юго-западными и юго-восточными областями европейской части России.

3.10 Коммунального хозяйства климатические ресурсы

Климатические ресурсы коммунального хозяйства (РКХ) - климатический потенциал для обеспечения эффективной работы предприятий, выполняющих обслуживание населения. Коммунальное хозяйство включает системы водоснаб­жения и канализации с очистными сооружениями и сетями; общественный пассажирский транспорт; электрические, газовые и теплофикационные распре­делительные сети, отопительные котельные и ТЭЦ, обслуживающие население. Таким образом, РКХ складываются из канализационных, автотранспортных и топливно-климатических ресурсов.

Ресурсы коммунального хозяйства изменяются по территории России от 3 до 15 у. е.

Территория Центрально-Черноземного региона расположена в зоне благоприятных ресурсов для коммунального хозяйства (табл. 58).

Таблица 58

Составляющие климатических ресурсов коммунального хозяйства

Административно-территориальная единица (область)	Канализационные климатические ресурсы	Автотранспортные климатические ресурсы	Топливно-климатические ресурсы	Климатические ресурсы коммунального хозяйства (среднее), у. е.
%	у. е.	%	у. е.	%	у. е.
Белгородская	34,1	11,9	22,9	8,0	43,0	15,0	11,6
Воронежская	34,2	11,9	26,7	9,3	39,1	13,6	11,6
Курская	34,7	12,3	21,7	7,7	43,6	15,5	11,8
Липецкая	35,3	12,2	25,2	8,7	39,5	13,6	11,5
Тамбовская	34,4	11,7	27,6	9,4	38,0	12,9	11,5

Автотранспортные ресурсы доминируют в Воронежской и Тамбовской областях. На юго-западе региона, напротив, наибольший вклад вносят топливно-климатические ресурсы (Курская и Белгородская области). Более благоприятными являются климатические условия для развития санитарно-технического хозяйства в Курской и Липецкой областях.