Скорости и направления ветра

Цель: Закрепление теоретических знаний по основным параметрам температурно-влажностного режима и движения воздушной среды; ознакомление с основными приборами; ознакомление с методами измерения и получение практических навыков по определению температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра.

1. Общие указания.

Данные СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика», которые обычно используются при проектировании, справедливы, если строительство ведется на обширной территории или до ближайшей метеостанции по прямой около 20-50 км. В этом случае делаются заключения о макрометеорологической информации. Влияние подстилающей поверхности, особенностей рельефа, близости водоемов и рек, зеленых массивов наличия зданий и сооружений при этом не учитывается. Поэтому часто возникает необходимость знать конкретные метеорологические особенности не только всей площади строительства, но и отдельных его участков. Последнее особенно актуально при реконструкции застройки или разработке проекта благоустройства ее территории.

Основанием для проведения натурных наблюдений являются Методические указания по производству микроклиматических обследований в период изысканий (Гидрометеоиздат, Ленинград, 1969). Указания разработаны специалистами ГГО им. А.И. Воейкова.

Микроклиматическая изменчивость зависит от типа погоды и сезона. Обычно для микроклиматических исследований выделяют 4 типа погоды:

1. ясно, тихо ( < 3 м/с);

2. пасмурно, тихо ( < 3 м/с);

3. ясно, ветер ( > 3 м/с);

4. пасмурно, ветер ( > 3 м/с).

Для характеристики сезонов микроклиматические наблюдения проводятся:

1. зимой – январь, февраль;

2. весной – апрель (май);

3. летом – июнь, июль, август;

4. осенью – октябрь.

Для получения достаточно надежных количественных характеристик микроклимата города необходимо каждый сезон, при каждом типе погоды, провести по нескольку микроклиматических съемок (не менее 3-х). Для 3 и 4 типа погоды желательно проводить микроклиматические серии при разных направлениях основного потока ветра. Зимой обязательно на всех точках наблюдения и в окружении отмечать условия снегозаносимости.

Сроки наблюдения.

Наиболее полная микроклиматическая серия такая, при которой проводятся круглосуточные наблюдения (ежечасно от восхода до захода солнца, и через каждые 2-3 часа в темное время суток). Круглосуточные наблюдения проводятся только летом при ярко выраженном суточном ходе метеорологических элементов.

Распределение температуры и влажности воздуха является основным показателем, который характеризует микроклимат воздушной среды. Различное сочетание этих показателей создает определенные микроклиматические условия, которые влияют на физиологическое состояние организма человека, ее трудоспособность, эксплуатационное состояние ограждающих конструкций помещения.

Температура воздуха есть мера кинетической энергии молекул воздуха, которые постоянно двигаются. Измерение температуры воздуха можно производить только опосредованным (косвенным) путем, что основывается на зависимости температуры от таких физических свойств, которые поддаются непосредственному измерению (расширение тел, смена электрического сопротивления, ЭДС и т.д.). Для измерения температуры приняты различные шкалы, из которых в практике строительной физики используется 100-градусная шкала Цельсия.

Тела, физические свойства которых изменяются при изменении температуры и используются в измерительных приборах, называются термометрическими.

В строительной климатологии для измерения температуры используются в основном деформационные термометры. В данной работе они входят в конструкцию психрометра Ассмана (см. рис. 2).

Разновидностью деформационных термометров являются жидкостные стеклянные термометры, в которых в зависимости от границы измерения температур, используется различная жидкость (Таблица 1).

Ртутные электроконтактные термометры (ТЗК и ТПК) используются для сигнализации и регулирования температуры в интервале от -30 до +300 °С. Определение температур выполняется непосредственно по шкале, в направлении которой двигается по капиллярной трубке мениск жидкости.

Положительное качество стеклянных жидкостных термометров - простота использования и достаточно высокая точность измерения. А такие их виды как: малая механическая мощность (хрупкость), невозможность автоматической записи показаний и передачи их на расстояние, невозможность ремонта, большая инерционность, неудобство для измерения температуры в труднодоступных местах, непригодность для измерения температуры поверхности сокращают зону их использования для измерения температуры воздуха и жидкости.

Таблица 1 – Границы измерения температур

Для автоматической записи температур используется термограф (рис. 1). Термометрическим телом термографа является биметаллическая плас­тинка, которая спаяна с двух металлов с разным коэффициентом расширения. Деформации пластинки при изменении температуры передаются через тягу на стрелку, которая прикасается к барабану. В корпусе барабана размещается часовой механизм, вращающий барабан со скоростью одного оборота в сутки или в неделю. Барабан до начала измерения обворачивается соответствующей регистрационной лентой, на которой фиксируется контрольная температура с помощью психрометра Ассмана.

1 - корпус; 2 - откидная крышка; 3 - вилка; 4 - приемник тепла; 5 - рычаг; 6 - тяга; 7 - стрелка; 8 - перо; 9 - барабан.

Влажность воздуха характеризуется количеством водяного пара, что в нем находится. Количество влаги в воздухе определяется его влагосодержанием (абсолютной влажностью) q, г, влаги на 1 кг сухой части влажного воздуха. Абсолютная влажность воздуха связанная с величиной парциального давления водяного пара - соответствующей действительной упругости водяного пара "е" (Па):

,

где a - температурный коэффициент объемного расширения воздуха - 0,00366;

t - температура воздуха, °С;

е - упругость водяного пара, Па.

Количество содержащегося в воздухе водяного пара при данной температуре не может превосходить определенного максимального предела, что называется максимальной упругостью – Е, Па. Значения максимальной упругости водяного пара при данной температуре приведены в Приложении 1.

Отношение соответствующей действительной упругости водяного пара к максимальной при данной температуре называется относительной влажностью и выражается в %,

,

где е - действительная упругость при данной температуре, Па;

Е - максимальная упругость при той же температуре, Па.

Рис. 5 Аспирационный психрометр Ассмана

а) общий вид; б) разрез по всасывающим трубкам; в) пипетка с резиновой грушей и зажимом

1- ртутные метеорологические термометры; 2- центральная трубка; 3- планочные щитки; 4- защитный кожух; 5 - аспиратор; 6 - ключ аспиратора; 7 - пластмассовые кольца; 8 - внутренние всасывающие трубки; 9 - батист.

Температура воздуха, при которой водной пар, находящийся в воздухе, достигает состояния насыщения, называется точкой росы, t_р, °С.

Точка росы может наступить при увеличении влажности воздуха и постоянной температуре или при уменьшении температуры и постоянной влажности.

Влажность воздуха в строительной климатологии также как и температура измеряется косвенными (непрямыми) методами.

Психрометрическим методом влажность воздуха определяется на основании показаний двух одинаковых термометров, резервуар одного из которых обернут смоченной водой тканью.

С помощью резервуара "влажного" термометра происходит испарение воды, интенсивность которого зависит от влажности окружающего воздуха. Так как на испарение расходуется тепло, то показания этого термометра окажутся ниже показаний "сухого" термометра, показывающего действительную температуру воздуха. На основании одновременных показаний "сухого" и "влажного" термометров и их психрометрической разности с помощью специальных таблиц или графиков определяется относительная влажность воздуха.

Влажность определяется до температуре не ниже -10 ^оС, при более низких температурах смоченный термометр не применяется.

При теплой погоде психрометр без вентиляции сильно перегревается. Перед наблюдением, в таких случаях, его необходимо провентилировать.

Скорость и направление ветрасущественно влияют на самочувствие человека находящегося на территории застройки. Сочетание температуры и ветра характеризуется ветроохлаждением. По гигиеническим наблюдениям человек чувствует себя комфортно при следующих сочетаниях:

температура от 25 до 10 ^оС, скорости ветра - в пределах 1,0 - 3,0 м/с; температура от 10 до – 10 ^оС, скорости ветра - в пределах 0,6 - 2,5 м/с.

Здания активно влияют на ветровой поток, создавая вокруг себя сложные течения с зонами повышенных и пониженных скоростей. Задачей натурных исследований установить эти зоны и дать количественную оценку степени изменения скорости. Для этих целей в качестве критерия выступает коэффициент изменения скорости ветра (k₁), представляющий собой отношение скорости в опорной точке () к скорости на метеостанции; (k₂) – как отношение скорости на маршрутной точке к скорости на опорной точке.

Для измерения скорости используется ручной чашечный анемометр. Диапазон измеряемых скоростей 1 - 20 м/с.

Фиксация направления ветра производится с помощью специального вымпела и компаса.

2. Описание приборов и методика измерения.

В лабораторной работе используются приборы и инвентарь:

1. Переносной шест (длиной 2 м).

2. Ручной чашечный анемометр.

3. Вымпел.

4. Часы с секундной стрелкой.

5. Компас.

6. Книжка для записей метеоданных.

Проверка приборов.

Поверка психрометрапроизводится централизованно согласно существующих правил.

Поверка анемометра. Перед началом наблюдений и в дальнейшем после каждых 3 – 4 съемок производится проверка анемометров на больших и малых скоростях ветра. Для поверки анемометры устанавливаются на горизонтальном месте, перпендикулярно к направлению ветра, на расстоянии 0,5 м один от другого. Все сверяемые анемометры включаются одновременно на три последовательные 5-минутные серии. По данным всех анемометров вычисляется среднее значение скорости, подсчитываются отклонения показаний каждого анемометра от среднего. Если показания поверяемого анемометра отклоняются от среднего больше чем на 0,2 м/сек., то анемометр непригоден к работе.

Один из анемометров, показания которого не дают отклонения от среднего значения скорости, принимается за контрольный, в дальнейшем его используют, только для поверки остальных анемометров. В крайнем случае, он может быть использован для наблюдений в опорной точке.

Проведение съемки.

При проведении актинометрической съемки анемометры устанавливаются на высоте 2 м на переносных шестах. На малые расстояния анемометры можно переносить на шесте, держа его обязательно вертикально. При переносе на большие расстояния анемометры необходимо обязательно укладывать в футляр.

Проведение съемки проводится в дневное время при устойчивом направлении ветра со скоростью не менее 3 м/с. На заданной территории застройки предварительно определяются местоположения опорной точки и маршрутные точки. Условия местоположения опорного пункта должны приближаться к условиям открытого ровного места. Наблюдения в точках проводятся одновременно несколькими наблюдателями. (Для точности измерений наблюдения на маршрутных точках проводятся одним наблюдателем последовательно, точка за точкой, всегда синхронно с основной).

Перед началом наблюдений сверяются часы. Часы нужны для фиксации времени включения и выключения анемометров, а также для обеспечения синхронности наблюдений по маршрутам и в опорных точках. Предварительно оговаривается время съемок.

Наблюдатель должен прибыть на точку за 10 минут до наблюдательского срока. В течение 5 минут установить приборы. В опорной точке повесить на рейку горизонтально психрометры на высоте 0,5 и 1,5 м. При ветре психрометры располагаются так, чтобы воздух перемещался с прибора на наблюдателя.

За 5 минут до срока в наблюдательной книжке (приложение 2) записать облачность, состояние диска солнца, направление ветра, атмосферные явления.

За 3 минуты до срока смочить психрометры и завести их.

Во всех точках измерения за 3 минуты до срока записать показания анемометра.

Точно в срок (00) – пуск анемометра. Затем первый отсчет по психрометрам последовательно на высотах 0,5 и 1,5 м. После первого отсчета подзавести психрометры и сделать еще 2 отсчета.

Через 10 минут после пуска выключить анемометр и записать его показания. На маршрутной точке собрать приборы и переходить на следующую точку.

После перехода на новую точку наблюдения производятся точно такие же действия согласно изложенного выше порядка.

3. Обработка результатов и их оценка.

Показания "сухих" и "влажных" термометров заносятся в соответствующие графы таблицы 1 Приложения 1. После чего с помощью таблиц, которые есть в паспорте прибора, по психрометрической разнице определяется относительная влажность воздуха. Таблица 1 дает возможность определить температуру точки росы.

Измеренные значения температуры и влажности воздуха используются для установления типа погоды.

Данные по анемометрической съемке на основной точке заносятся в таблицу 2 Приложения 1.

Данные по анемометрической съемке на маршрутных точках заносятся в таблицу 3 Приложения 1.

4. Отчет о работе.

В отчете о работе приводится описание хода измерений, таблицы с обработанными данными; схемы застройки с указанием маршрутных точек и коэффициентов изменения скорости ветра.

В выводах:

1. Фиксируется тип погоды.

2. Дается оценка комфортности скорости ветра.

3. Оценивается степень защищенности территории по ветровому режиму.