Прикладная климатология (стр. 9 )

Для расчета теплоустойчивости и деформации ограждения под влиянием температурных воздействий используется суточная амплитуда колебаний температуры. Она складывается из амплитуды расчетной температуры и амплитуды температуры за счет солнечной радиации.

Температура почвы. Долговечность здания в значительной степени зависит от долговечности его несущих конструкций, фундамента. В настоящее время используются два типа фундаментов – ленточные и свайные. Для того, чтобы правильно выбрать и рассчитать фундаменты для зданий, необходимо знать: состав грунта; уровень залегания грунтовых вод; теплофизические свойства почвы и грунтов; глубину промерзания почвы; характер постройки.

Состав грунтов и их влагосодержание определяют теплопроводность почвы. Чем больше теплопроводность почвы, тем больше глубина ее промерзания. Наибольшей теплопроводностью обладают горные породы. Дорожные покрытия промерзают сильнее, чем участки почвы, находящиеся под растительностью или взрыхленные. С увеличением влажности теплопроводность почвы увеличивается.

Глубина промерзания почвы важна при закладке фундаментов, а также при проектировании подземных сооружений.

При температуре почвы, близкой к 0°С, резко меняются ее механические свойства и при промерзании происходит вспучивание грунтов. Глубина промерзания почвы зависит от многих факторов (географической широты, высоты над уровнем моря, наличия растительного и. снежного покрова, от влажности почвы, ее состава и свойств).

За нормативную глубину промерзания почвы принята средняя из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов за 10 лет наблюдений на участках под оголенной от снега поверхностью почвы.

Глубина сезонного промерзания почвы вычисляется по формуле , где – абсолютное значение суммы отрицательных температур; с – коэффициент, зависящий от состава почвы (для глинистых и суглинистых почв с – 23, для супесей с = 28, для песков средней и крупной структуры с = 30). В районах, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, она рассчитывается цо формуле .

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта у фундаментов определяется по формуле , где mt – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания (сооружения) на глубину промерзания грунта у фундамента и колонн.

Значения mt зависят от конструктивной особенности здания и от температуры воздуха в помещении, непосредственно примыкающем к фундаменту (таблица 4.5).

Считается, что при проектировании фундаментов и оснований, при проектировании и строительстве трубопроводов необходимо использовать максимальные глубины промерзания почвы определенной вероятности.

Таблица 4.5 – Коэффициент mt для различных сооружений

Конструктивные особенности здания	Температура внутри помещения, примыкающего к фундаменту (градусов)
5	10	15	20
Полы расположены на грунте (здание без подвала)	0,8	0,7	0,6	0,5
Полы лежат на лагах (здание без подвала)	0,9	0,8	0,7	0,6
Полы лежат на цокольных перекрытиях (здание без подвала)	1,0	0,9	0,8	0,7
Здание с подвалами	0,7	0,6	0,5	0.4

Солнечная радиация. Учет солнечной радиации при строительстве зданий необходим для оценки нагревания стен и внутренних помещений, оценки комфортных условий для труда и отдыха человека.

При учете влияния на строительные объекты солнечной радиации прежде всего используются средние количества тепла, поступающие от солнца на горизонтальную поверхность в виде прямой, рассеянной и суммарной радиации, а также интенсивность ультрафиолетового облучения.

Информация о количестве приходящей солнечной радиации на вертикальные поверхности различной ориентации позволяет значительно лучше учесть ее влияние на ограждающие конструкции и на микроклимат помещений в различных географических районах.

При открытых окнах в помещение поступает столько же тепла от солнца, сколько и на стены здания. Если окна закрыты, то часть радиации отражается от стекла, часть поглощается стеклом и оконными переплетами и нагревает их. Обычно коэффициент пропускания суммарной коротковолновой радиации, падающей на остекленные части ограждения, принимается равным 0,67, что соответствует пропусканию окон с двойным остеклением и с чистыми стеклами.

Нагревание стен за счет приходящей солнечной радиации во многом зависит от величины поглощенной стенами радиации. Поглощательная способность различных материалов зависит от их цвета и состояния.

Подсчитано, что 80 ккал/м2 в час поглощенной радиации повышают температуру наружной поверхности на 4–5°. Летом такое количество радиации за час получают стены зданий в большинстве районов СНГ, а в полуденные часы стены могут поглощать до. 300–400 ккал/м2 ч солнечного тепла и нагреваться так, что их температура будет более чем на 15° выше температуры воздуха.

Особенно сильному перегреву под влиянием солнечной радиации подвергаются металлические конструкции.  Летом в ясные дни, в полуденные часы, алюминиевые части ограждающих конструкций нагреваются до 60° С при температуре окружающего воздуха не выше 18° С.

Количество суммарной радиации, поступающей на вертикальную поверхность в единицу времени (QB), определяют по формуле , где Sв – прямая солнечная радиация, приходящая к вертикальной поверхности, Дт и Rт – рассеянная и отраженная радиация, поступающие на горизонтальную поверхность.

Sв рассчитывается по формуле: , где – азимут, солнца (считается положительным при отсчете от точки юга в направлении движения часовой стрелки), А – азимут нормали к стене, S – прямая солнечная радиация на перпендикулярную к лучам солнца площадку, – высота солнца.

Отраженная к стене от земной поверхности радиация (Rr) определяется из соотношения , где Qr – суммарная радиация, приходящая на горизонтальную поверхность, Ak – альбедо участков, примыкающих к зданию (в процентах).

Для определения суммарной радиации, поступающей на вертикальную поверхность Q'в используется коэффициент .

В отличие от Ks коэффициент для суммарной радиации Kq мало изменяется с широтой места и от месяца к месяцу. Средняя ошибка коэффициентов Kq составляет 2–3%. В зимние месяцы определить Kq для стен южной и юго-восточной ориентации с достаточной точностью невозможно. Поэтому суммарную радиацию Qв в этих случаях целесообразно определять по составляющим.

Отраженную радиацию, направленную к стене, , можно учитывать в виде поправки в процентах суммарной радиации Qв. Величина поправок закономерно меняется с широтой,.

Можно отметить, что в январе количество приходящей радиации возрастает с севера на юг в соответствии с увеличением широты места и с общим уменьшением облачности при продвижении к южным широтам. Отклонение от широтного распределения радиации отмечается в муссонных областях, в прибрежных районах южных морей и в предгорных районах. Наибольшее количество солнечной радиации на всех широтах получают южные стены как по сравнению со стенами другой ориентации, так и с горизонтальной поверхностью. В восточных районах Европейской территории приход радиации больше, чем в западных, что обусловлено как меньшей облачностью, так и большей величиной отраженной радиации за счет более высоких значений альбедо снежного покрова.

Большим приходом суммарной радиации характеризуется Забайкалье (7–9 ккал/см2 в месяц), южные районы Средней Азии (8–9 ккал/см2 в месяц), а максимальные величины отмечаются на юге Приморского края (более 11 ккал/см2 в месяц).

Приход радиации на восточные и северные стены значительно меньше и более равномерно меняется с широтой во всех географических районах. На юге ETC восточные стены получают 2 ккал/см2 в месяц, а северные – менее 1 ккал/см2 в месяц. В пустынных районах Средней Азии и на Дальнем востоке восточные стены получают около 4 ккал/см2 в месяц, а северные около 2 ккал/см2 в месяц. До 55° с. ш. на восточные стены поступает приблизительно такое же количество радиации, как и на горизонтальную поверхность, южнее 55°с. ш. стены получают на 1–2 ккал/см2 в месяц меньше, чем горизонтальная поверхность.

В июле на восточные стены в большинстве районов приходит около 8–9 ккал/см2 в месяц, что на 30–40% меньше, чем на горизонтальную поверхность. Сравнительно высокий приход радиации (10–11 ккал/см2 в месяц) отмечается в районах Средней Азии. Июльские суммы радиации здесь максимальны или близки к максимальным и только севернее 70 с. ш. и на Дальнем Востоке максимум приходится на май и достигает 12–14 ккал/см2 в месяц. Максимум в мае на севере обусловлен в основном большим приходом рассеянной и отраженной радиации (велико альбедо поверхности), а в Приамурье – значительным приходом прямой солнечной радиации.

На северные стены в июле тепла поступает в 2–3 раза меньше, чем на горизонтальную поверхность (5–6 ккал/см2 в месяц) и только за полярным кругом суммы радиации больше. Южные стены в июле получают повсеместно меньше радиации, чем горизонтальная поверхность (2/3 на севере, 1/2 на юге).