ЗДАНИЯМИ И СООРУЖЕНИЯМИ НА

ЗАСТ­РОЕННОЙ ТЕРРИТОРИИ

§ 1. Общая оценка теплового влияния зданий и сооружений

В пределах населенного пункта здания рассредото­чены более или менее равномерно по всей территории. Пред­ставляют интерес средние данные о соотношении площадей элементов застройки с высокой плотностью застройки для не­которых промышленных городов ФРГ (по материалам П. А. Кратцера, 1958):

Площадь, %

Жилые, общественные и производственные здания ... 13

Дворы и сады........ 28

Дороги, улицы и площади...... 7

Спортивные площадки ....... 3

Парки и скверы........ 20

Водоемы.......... 12

Железные дороги........ 17

Из приведенных данных видно, что площадь, занимаемая зданиями при плотной городской застройке, составляет только 13% от всей территории застройки. П. А. Соловьев высказывал предположение, что с развитием Якутска заст­ройка его значительно уплотнится и может наступить мо­мент, когда температура грунта начнет повышаться. Однако на примере наиболее плотно застроенных городов видно, что в этом случае площадь, занимаемая зданиями и сооружения^: ми, будет составлять небольшой процент к общей террито­рии, а значит, и тепловое влияние их не может решающим образом влиять на направление теплообмена на территории.

Действительно, в крупных городах ФРГ плотность заст­ройки нетто (плотность застройки на территории, занятой только зданиями и дворами) составляет 46,4%. В городах, расположенных в области распространения вечномерзлых грунтов в Советском Союзе, плотность застройки нетто меньше. Так, в Норильске наибольшая плотность застройки нетто достигает для 5-этажных зданий 42% (квартал «Мед-

вежий ручей»), а в Воркуте —34÷36% при допускаемой наибольшей плотности застройки нетто для 5-этажных зда­ний 39% в северных районах и 30%—в южных, а для 8-зтажных зданий соответственно 35 и 26%. При существую­щей в градостроительстве тенденции к увеличению этажно­сти зданий и, следовательно, к рассредоточению застройки плотность нетто ее во вновь проектируемых населенных пунктах будет меньше приведенных выше значений, а пло­щадь, занимаемая зданиями в черте города, будет значи­тельно меньше 13%.

Проектные решения существующей и перспективной пла­нировки и застройки Магадана, Игарки, Якутска, Воркуты, поселков Далдына, Депутатского, Айхала и др. показывают, что здания занимают значительную часть территории заст­ройки при минимальных расстояниях между их длинными сторонами 30—50 м.

Таким образом, подавляющая часть территории застрой­ки представлена дворами, улицами, площадями, скверами и т. д. На этих участках в благоустроенных городах с регу­лярной снегозащитой, вследствие уплотнения и частичного удаления снега, происходит понижение температуры грунта, т. е. такие участки являются в основном стоками тепла, за исключением некоторых южных районов со специфическим влиянием мохо-торфяного и снежного покровов, а также гидрогеологических условий, как отмечалось ранее. Эти сто­ки тепла во много раз превосходят естественные теплопотоки, а тепловое влияние зданий в плане оказывается ограни­ченным.

Влияние зданий и сооружений на температурный режим вечномерзлых грунтов происходит в двух направлениях. Под зданиями с полами, располагаемыми на грунте, а также вок­руг тепловыделяющих коммуникаций температура вечномерзлых грунтов, как правило, повышается и образуются зоны оттаивания. Под зданиями с вентилируемыми под­польями, устраиваемыми для сохранения мерзлого состоя­ния грунтов, а также под неотапливаемыми зданиями часто происходит поднятие верхней поверхности вечномерзлых грунтов и понижение их температуры. Под зданиями с повы­шенными тепловыделениями, построенными по принципу использования грунтов основания в мерзлом состоянии, мо­жет произойти некоторое опускание верхней поверхности вечномерзлого грунта с одновременным понижением его тем­пературы, причем вновь сформировавшийся тепловой режим грунта будет устойчивым.

Наглядным примером, подтверждающим небольшое теп­ловое влияние здания в плане на температурный режим грунта в черте застройки, является температурное поле (по данным И. Г. Рейнюка) в основании клуба в пос. Мяунджа

(рис. 6, а). Здесь, несмотря на образование зоны оттаивания под зданием, непосредственно у самого здания в результате уплотнения снега наблюдаются весьма низкие температуры грунта. С северной же стороны, где снег чаще уплотняется автотранспортом, температура грунта оказывается значи­тельно ниже у здания, чем на некотором расстоянии от него.

На рис. 6, 6, в представлены температурные поля под двумя зданиями в Якутске, по данным Г. О. Лукина. Первое из этих зданий — электростанция радиоцентра (рис. 6, б) находится на окраине города, где среднегодовые температу­ры грунта составляют —3°С. Снегоотложения у здания та­кие же, как в естественных условиях. Уже на небольшом расстоянии от него, несмотря на образование зоны оттаива­ния, среднегодовые температуры грунта близки к естествен­ным. Наблюдается лишь некоторая асимметрия температур­ного поля и зоны оттаивания: температуры грунта с север­ной стороны здания несколько ниже, чем с южной. Посколь­ку условия снегоотложений около дома одинаковые, такое понижение температуры можно объяснить затенением грун­та у здания.

Второе здание — магазин (рис. 6, в) расположено в цент­ральной части Якутска с наиболее низкими среднегодовыми температурами грунта. Под зданием имеется зона оттаива­ния; на небольшом расстоянии от него наблюдаются низкие годовые температуры грунта, характерные для этой части города. Здесь сказывается основная причина понижения тем­пературы в Якутске — уплотнение снежного покрова на об­житой территории.

Характерным примером теплового влияния здания и рас­положённого рядом теплопровода может служить темпера-

турное поле грунта на площади клуоа в пос. Мяунджа по линии с запада на восток (рис. 7). На рисунке хорошо прос­леживается тепловое взаимодействие здания с участками улицы, внутреннего двора, а также с естественной площад­кой.

Таким образом, несмотря на образование зон оттаивания под зданиями с большим поступлением тепла в грунт, уже в непосредственной близости от здания наблюдаются низ­кие средние годовые температуры грунта, обусловленные общим влиянием застройки.

При строительстве с сохранением мерзлого состояния ос­нований под зданиями происходит понижение температуры грунта или незначительное повышение ее по сравнению с температурой в естественных условиях. В этом случае зда­ния представляют собой стоки тепла, которые, как это будет показано дальше, превышают тепловые потоки в естествен­ных условиях. Таким образом, территория города является совокупностью участков со стоками различной интенсивно­сти. Улицы, площади, дворы' также являются стоками тепла, которые в процессе формирования более низкого температур­ного режима на территории застройки превышают средние годовые потери тепла в грунтах до застройки.

Разнообразие источников и стоков тепла на застроенной территории приводит к сложной картине теплового воздей­ствия застройки на температурный режим грунта. Так, на­пример, наряду с образованием зон оттаивания под зда­ниями и сооружениями, передающими непосредственно тепло в грунт, на других участках (под улицами, дворами, площа­дями и т. п.) может происходить образование вечномерзлых грунтов там, где до застройки были талики. Последнее про­исходит практически независимо от локальных источников тепла при любой плотности застройки. Эти изменения тем­пературного режима на отдельных участках необходимо учитывать при проектировании оснований зданий, а также санитарно-технических сетей, дорог и т. д. Так, если в про­цессе эксплуатации зданий под ними допускается формиро­вание зон оттаивания, то основания покрытий дорог, а так­же грунты, в которых прокладываются трубопроводы, могут находиться в мерзлом состоянии.

Рассматриваемые вопросы разбираются также Л. Н. Хрусталевым [6]. Им проведен ряд расчетов теплового влияния зданий на температурный режим грунтов на застроенной территории. Он сравнивает полученные расчетом тепловые потоки от здания с тепловыми потоками в естественных ус­ловиях и приходит к выводу, что тепловое влияние даже одиночного здания распространяется на большое расстояние (свыше 60 м). Л. Н. Хрусталев вводит понятие «критической плотности застройки», при которой происходит полная дег-

радация вечномерзлых грунтов. Величина «критической плотности застройки» была найдена из условия, что средняя температура поверхности грунта («среднеинтегральная тем­пература поверхности», по Л. Н. Хрусталеву) на застроен­ной территории равна нулю.

Отметим, что «среднеинтегральная температура поверх­ности» характеризуется изменением температуры грунта на значительных глубинах (по мнению самого автора, на глу­бинах свыше 30 м). Фактически изменение температуры грун­та происходит на еще больших глубинах, так как в расче­тах принималась плотность застройки нетто на всей терри­тории. Таким образом, «среднеинтегральная температура по­верхности» не отражает динамику температурного поля в верхней толщи грунта, которая определяет выбор принципа использования грунтов в качестве оснований зданий и соору­жений, температурные поля в их основаниях, способы уст­ройства дорог, прокладки подземных коммуникаций, и т. д.

Определение температурных полей под локальными ис­точниками или стоками тепла в зависимости от температу­ры грунта может производиться как для стационарного, так и для нестационарного тепловых режимов. При этом область применения стационарных расчетных схем весьма ограниче­на Так, например, если средняя годовая температура вечно-мерзлого грунта близка к 0°С, то при наличии зданий, допу­скающих оттаивание грунта в их основаниях, при стацио­нарном тепловом состоянии будет сплошная зона талого грунта на всей территории застройки, а температурное поле под каждым зданием будет зависеть от теплового воздейст­вия соседних, даже далеко расположенных зданий. Если же в данном случае рассматривать формирование зон оттаива­ния под зданиями для нестационарного состояния, т. е. за время их эксплуатации, под каждым из них образуются ог-

раниченные зоны оттаивания, за пределами которых темпе­ратурные градиенты в мерзлом грунте близки к нулю и зда­ния не оказывают влияния на температурный режим грунта под соседними зданиями. Эти вопросы подробно рассматри­ваются в следующем параграфе.

Поиск по сайту: