Строительная климатология

Строительная климатология исследует климатические условия, оказывающие влияние на проектирование, строительство и эксплуатацию зданий и сооружений. Она базируется на физических законах тепло- и массообмена между элементами зданий и окружающей средой. В отличие от общей климатологии, строительная климатология оперирует понятиями, связанными с техническими характеристиками зданий, нормативами и условиями человеческого комфорта.

Температурные условия

Средняя, максимальная и минимальная температура воздуха являются ключевыми параметрами при выборе строительных материалов и проектировании ограждающих конструкций. Особое значение имеет:

Средняя температура самого холодного пятидневного периода (используется для расчёта теплозащиты зданий).
Абсолютный минимум температуры – влияет на выбор устойчивых к морозу материалов.
Сумма положительных температур выше 10 °C – применяется при расчёте продолжительности строительного сезона и оценки условий для роста растительности (в случае агротехнических объектов).

Кроме температуры воздуха, в расчетах учитываются температуры почвы, особенно при проектировании фундаментов и подземных сооружений.

Влажностный режим

Относительная влажность воздуха, её суточные и сезонные колебания влияют на:

Возможность образования конденсата в ограждающих конструкциях;
Коррозионную стойкость строительных материалов;
Условия теплопередачи через конструкции.

Показатели влажности, используемые в расчетах:

Средняя относительная влажность;
Частота относительной влажности выше 80 % (влияние на внутренние помещения);
Продолжительность периода с относительной влажностью выше 60 % при температурах ниже 5 °C (для оценки коррозионной активности атмосферы).

Ветровой режим

Скорость и направление ветра оказывают воздействие на прочность конструкций, воздухообмен, теплопотери, а также на пылевую нагрузку на здания. При проектировании принимаются во внимание:

Средняя скорость ветра по месяцам и годам;
Максимальные разовые порывы;
Роза ветров – частотное распределение направлений ветра;
Давление ветра – рассчитывается по формуле: P = 0,613·V², где V – скорость ветра в м/с, P – давление в Па.

На основе этих данных определяются ветровые нагрузки, влияющие на устойчивость зданий, фасадов, оконных и кровельных систем.

Снеговая нагрузка

Снеговой покров оказывает вертикальное давление на кровли зданий и горизонтальное – на стены и другие вертикальные элементы. Основными параметрами являются:

Средняя и максимальная высота снежного покрова;
Средняя и максимальная масса снегового покрова на 1 м²;
Продолжительность снежного покрова (в днях в году);
Плотность снега.

В нормативных расчетах используется нормативная и расчётная снеговая нагрузка, определяемая по данным многолетних наблюдений.

Осадки

Атмосферные осадки (дождь, снег, град) влияют на выбор гидроизоляционных решений, конструкцию кровель, водосточных систем и фасадных материалов. Учитываются:

Годовое и месячное количество осадков;
Интенсивность ливневых дождей (важна при расчётах водоотвода и инженерной защиты);
Количество дней с осадками;
Вероятность дождей с градами и их продолжительность.

Особо учитываются максимальные суточные и часовые суммы осадков – они могут привести к подтоплениям, разрушению покрытий, аварийным ситуациям.

Солнечная радиация

Солнечное излучение влияет как на тепловой режим зданий, так и на освещённость помещений. Для строительной климатологии важны:

Суммарная радиация на горизонтальную и наклонные поверхности;
Продолжительность солнечного сияния (в часах в году и в месяцах);
Угол падения солнечных лучей – используется при проектировании ориентации зданий, фасадов и остекления.

Солнечная энергия способствует как нагреву ограждающих конструкций, так и возможному перегреву внутренних помещений в летнее время. Это требует соответствующих расчетов систем вентиляции, солнцезащиты и теплоизоляции.

Отпотевание и промерзание конструкций

Точка росы, определяемая в зависимости от температуры и влажности воздуха, критична при расчете теплотехнических характеристик стен, окон и крыш. Превышение температуры точки росы внутри конструкции приводит к внутреннему конденсату, что ускоряет разрушение материалов.

Параметры, учитываемые при расчётах:

Расположение точки росы в толще стены;
Удельные теплопотери ограждающих конструкций;
Температурное сопротивление и теплопроводность материалов.

Град, туман, иней и другие климатические факторы

Эти климатические явления редко принимаются в расчет непосредственно, однако важны для специальных сооружений и объектов:

Град может повредить остекление и кровлю – требуется установка защитных конструкций в зонах с высокой градоопасностью;
Туманы влияют на видимость, инсоляцию, влажность – особенно важны при проектировании аэродромов, автодорог, фасадов с фотокаталитическими покрытиями;
Иней и гололёд – воздействуют на провода, опоры ЛЭП, наружные конструкции.

Классификация климатических районов

Территория многих стран подразделяется на строительно-климатические зоны, отличающиеся условиями температуры, влажности и других параметров. В России, например, используется классификация по СП 131.13330.2012, предусматривающая:

8 климатических районов по теплозащите зданий;
6 районов по условиям влажности;
Районирование по ветровой и снеговой нагрузке;
Районирование по расчетным температурам наружного воздуха в отопительный период.

Каждому району соответствуют нормативные значения климатических величин, которые являются обязательными при проектировании зданий в соответствии с техническими регламентами.

Климатические данные и источники

Для инженерных расчетов используются данные:

Метеорологических станций (архивы Росгидромета и др.);
Нормативных сборников (СП, СНиП, ГОСТ);
Климатических карт и атласов;
Цифровых климатических моделей и баз данных (например, Meteonorm, NASA POWER, REHVA).

Требуется учитывать, что климатические условия могут изменяться во времени. Поэтому в современной практике проектирования всё чаще применяются параметры климатического нормирования с учетом климатических трендов и изменений, связанных с глобальным потеплением и локальными урбанизационными эффектами.

Значение строительной климатологии в устойчивом проектировании

Современные подходы к проектированию зданий, в том числе энергоэффективные дома, пассивные здания и “зелёное” строительство, требуют все более точного и глубокого анализа климатических данных. Это особенно важно при расчётах:

Годового энергопотребления зданий;
Эффективности естественного и принудительного вентилирования;
Потенциала использования возобновляемых источников энергии (солнечных, ветровых и др.).

Строительная климатология становится важной частью системы обеспечения комфортной среды, энергоэффективности и климатической устойчивости архитектурных решений.