Рабочая тетрадь для выполнения лабораторных работ по дисциплине строительная физика

ОП НУБиП Украины

«Бахчисарайский колледж строительства, архитектуры и дизайна»

Рабочая тетрадь

с методическими указаниями по выполнению лабораторных и практических работ

по дисциплине «Основы строительной физики»

для студентов специальности

5.06010115 «Отделка зданий и сооружений и строительный дизайн»

Составила:

Преподаватель Марынич Н.Н.

Рассмотрено и утверждено на заседании

цикловой комиссии №

Протокол № __________

«_____»________ 20 ___ г.

Председатель комиссии:

___________

2013

Целью этих методических указаний является помощь студентам при выполнении практических заданий и самостоятельной работы студентов по дисциплине "Основы строительной физики" , согласно учебного плана.
В указаниях в сжатой форме изложены последовательность работы, приведены формулы схемы для необходимых расчетов.

Цель практических задач и САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Выполнение практических заданий и задач для самостоятельной работы способствует закреплению знаний, полученных студентами при изучении курса на лекциях и практических занятиях. При разработке практических заданий и задач для самостоятельной работы студенты получают практические навыки учета факторов, влияющих на архитектурные решения

градостроительных пространств, застройки и зданий и сооружений.

Практическое задание № 1

Климатическое районирование Украины

Цели:

• систематизировать знания студентов об основных климатообразующих факторах;

• расширить знания о влиянии климатообразующих факторов на формирование климата Украины;

• провести исследование об особенностях климатических условий на территории Украины.

При проектировании жилищных и общественных сооружений следует различать влияние фоновых и местных климатических условий. Под фоновой оценкой климата необходимо понимать общую оценку метеорологических условий на значительной площади территории (район, подрайон). Согласно с ДБН 360-92^** "Планирования и застройка городских и сельских поселений" в Украине различаются пять укрупненных регионов согласно с утвержденной схемой архитектурно строительного районирования. Отмеченные регионы определенны на территории Украины не только в зависимости от климатических условий, а также с учетом местных условий: рельефу местности, сейсмической, бытового уклада населения и народных архитектурных традиций.

Для этого действующим с 1 июля 1981 года и поныне ГОСТом 16350-80 «Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей» как раз и стандартизировано климатическое районирование территории тогда еще Союза Советских Социалистических республик.
При районировании территории страны для строительства учитывались основные климатические показатели - температура и влажность воздуха, скорость ветра, количество поступающей солнечной радиации.

Климатическое районирование бывшей территории СССР была начата еще в 30-е годы. В основу современного климатического районирования положены многолетние климатические наблюдения о комплексном сочетании средних значений температуры воздуха в январе и июле со скоростью ветра за три зимних месяца и среднемесячной относительной влажностью воздуха в июле. Согласно последнему строительно-климатическому районированию территория России и стран СНГ делится на 4 климатических района, которые, в свою очередь, подразделены на 16 климатических подрайонов.

• Первый климатический район включает обширные территории Крайнего Севера, Восточной Сибири и Забайкалья с суровым и холодным климатом;

• второй - умеренные широты с умеренно - холодным климатом;

• третий - часть южных районов с очень теплым летом;

• четвертый - южный берег Крыма и Закавказье с мягкими зимами и жарким летом, а также западную часть юга Краснодарского края и Грузии (жаркое влажное лето) и долины Средней Азии с очень жарким и сухим климатом.

Климатическое районирование способствует отработке типологических требований к зданиям различного назначения, влияет на формирование внешнего облика зданий и объемно-планировочного решения, условий эксплуатации инженерного оборудования и т.д.

Климатическое районирование территории Украины является, в сущности фоновой оценкой климата.

Учет местных климатических особенностей, в противовес районированию, позволяет оценить географическое положение данного конкретного района, оценить направление ветра, количество солнечной радиации, характер поверхности (рельеф, ландшафт, водная акватория, степень застройки территории) и другие местные особенности. Такая оценка позволяет не только дополнять, а в некоторых случаях даже изменять комплекс типологических требований, которые вызваны фоновой оценкой климата. Без такой детальной оценки климата невозможно достижение комфортных условий проживания, труда и отдыха.

Климатические районы Крыма (по А.В. Пенюгалову, 1930 г.).

1 - район южнобережный; 2 - район Черноморского побережья на восток от Алушты; 3 - район западных яйл; 4 - район восточных яйл; 5 - район Херсонесский; 6 - район западный предгорный; 7 - район восточного предгорья; 8 - район западного побережья Черного моря; 9 - район центрального и восточного степного Крыма; 10 - район Керченский степной.

Табл. 1 - Климатологические показатели архитектурно-строительных климатических районов и подрайонов Украины

Климатический район, подрайон

Температура воздуха, °С

Количество осадков за год, мм

Относительная влажность в июле,%

Скорость ветра в январе, м/с

средняя за

абсолютная

Январь

Июль

мини-мальная

макси-мальная

І

От -5 до -8

От 18 до 20

От -37 до -40

От 37 до 40

От 550 до 700

От 65 до 75

От 3 до 4

ІІ

От -2 до -6

От 21 до 23

От -32 до -42

От 39 до 41

От 400 до 500

Менее 65

От 4 до 6

ІІІ

ІІІА

-7

14

-38

35

1600

От 77до 81

3

ІІІБ

-4

19

-32

39

1000

Более 70

3

IV

3

23

-20

39

600

Менее 60

4-5

V

-4

16

-27

32

1060

70

4-5

Климат Украины умеренный, преимущественно континентальный, с четко выраженными сменами сезонов года; на Южном берегу Крыма - близкий к субтропическому (средиземноморскому).

На климат Украины большое влияние оказывают воздушные массы из северной части Атлантического океана, в меньшей степени - со стороны Северного Ледовитого океана.

Климатические районы Крыма

Крым можно разделить на три естественные климатические области: равнинную, горную (горы и предгорья) и средиземноморскую (Южный берег). Каждая из этих областей в свою очередь имеет ряд климатических районов. Равнинный Крым - Климат этой части Крымского полуострова, во многом сходный с климатом других южных областей Украины, характеризуется заметной континентальностью, большой засушливостью, умеренно жарким летом, короткой зимой с характерными, иногда сильными похолоданиями и наличием снежного покрова. Горный Крым - популярный район туризма и альпинизма. Здесь много баз не только летнего, но и зимнего отдыха. Все это требует обязательного знания и учета особенностей климата Крымских гор. Климат восточной части Южного берега (от Алушты до Феодосии) относится к типу засушливого и очень засушливого, с жарким летом и очень мягкой зимой. Среднегодовая температура воздуха здесь 12°, а средняя месячная января + 1,3, +2,9°, июля +23, +24°. В отдельные годы зимой в Алуште температура понижается до -18°, в Судаке и Феодосии до -22, -25°. Беморозный период продолжается 235 дней, летний 142-147 дней. Первые легкие морозы отмечаются осенью, во второй половине ноября, последние - весной, в конце марта.

Районирование в зависимости от климата - это очень важный параметр при строительстве. Он должен соблюдаться как при выборе типа строительства, так и материалов, которые будут для этого использоваться. Сегодня районирование широко используется при строительстве домов, направленных на ресурсосбережение. В зависимости от климата, там должна быть оптимальная толщина стен

Контрольные вопросы

1.Что такое климат, погода?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.Чем отличается понятие погода от климата? __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.Перечислите основные климатообразующие факторы?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 4.В каком климатическом поясе расположена большая часть территории Украины, Крыма?___________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Перечислите признаки, на основании которых проводится климатическое районирование?__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 2

ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

И ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ПОМЕЩЕНИЙ

Цели работы: изучить изменение температуры и влажности в по­мещении. Определить температуру «точки росы».

Приборы и принадлежности:

1. Психрометр Ассмана МВ-4М.

2. Секундомер.

3. Гигрометр волосяной.

Вопросы для самоподготовки

1. Понятие "микроклимат" и факторы, которые его формируют. _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________-

2.Физиологические механизмы теплообмена и терморегуляции как факторы теплового баланса теплокровных организмов: теплопродукция и теплоотдача. Пути теплоотдачи: при дыхании, через кожный покров, с выделениями. _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Физические механизмы теплоотдачи: радиация (тепловое излучение), теплопроводность (конвекция и кондукция), испарение. Количество тепла (в процентах), что выделяется из организма каждым из этих процессов в комфортных условиях. _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Законы, которые объясняют физические механизмы теплоотдачи (закон Стефана-Больцмана, основной закон термодинамики, скрытая теплота парообразования)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

5. Физиологические изменения в механизмах терморегуляции при нагревающем и охлаждающем микроклимате.___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Показатели влажности воздуха: абсолютная, относительная влажность, точка росы, их значение. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задачи для самоподготовки

1. Средняя температура воздуха в больничной палате 18,5оС, на высоте 1,5 м - 22оС, на высоте 0,2 м - 16оС, возле внутренней стены - 21оС, возле внешней - 15оС. Суточные колебания температуры, за показателями термографа, находятся в интервале 23оС - 18оС. Дайте гигиеничную оценку температурному режиму палаты._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Укажите норму относительной влажности воздуха в жилых помещениях для теплого периода года? Варианты ответов:

1. 20-40%;

2. 20-50%;

3. 30-60%;

4. 35-70%;

5. 40-80%;

3. Показание сухого термометра психрометра Ассмана - 22оС, влажного - 14оС. Атмосферное давление - 745 мм рт. ст. Рассчитайте абсолютную, относительную влажность воздуха, найдите точку росы.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оснащение занятия

1. Термометры (спиртовые, ртутные, электротермометр).

2. Психрометры (станционный Августа, аспирационный Ассмана).

3. Гигрометры (волосяной, мембранный).

4. Барометр.

5. Самописцы (барограф).

6. Таблица насыщенных водяных паров.

Приложение 1

Изучение температурного режима воздуха помещения

Для полной характеристики температурного режима помещений замеры температуры проводятся в 6 и более точках.

Термометры (ртутные, спиртовые термометры) размещают в лаборатории на штативах по диагонали в 3 точках на высоте 0,2 м от пола и в 3 точках на высоте 1,5 м от пола (соответственно, точки t2, t4, t6 и t1, t3, t5) и на расстоянии 0,2 м от стены по схеме:

Показания термометров снимают после экспозиции 10 мин. в точке измерения.

Расчет параметров температурного режима воздуха помещений:

а) средняя температура помещения: 75

а) tср = ,

б) перепад температуры воздуха по вертикали:

Dtверт. = - ,

в) перепад температуры воздуха по горизонтали:

Dtгор.= -

Оптимальная температура воздуха в жилых и учебных помещениях, палатах для госпитализации соматических больных должна быть в интервале +18 - +21○С, перепад температуры по вертикали должен быть не более 1,5-2,0○С, а по горизонтали - не более 2,0-3,0○С. Суточные колебания температуры определяют по термограмме, которую готовит лаборатория с помощью термографа. При центральном отоплении суточные колебания температуры воздуха не должны превышать 3○С, а при местном отоплении - не более 6○С.

Критериями гигиенической оценки микроклимата жилых и общественных помещений являются допустимые и оптимальные нормы температуры воздуха, представленные в Таблица 1

Нормы температуры воздуха для жилых, общественных и административно-бытовых помещений

Примечание:

* Для общественных и административно-бытовых помещений с постоянным пребыванием людей допустимая температура не больше 28оС а для районов с расчетной температурой внешнего воздуха 25о С и выше - не больше 33о С.

** Для общественных и административно-бытовых помещений с пребыванием людей в уличной одежде допустимая температура 14о С.

Нормы установлены для людей, которые находятся в помещении больше 2 часов и беспрерывно.

Нормы температуры воздуха рабочей зоны производственных помещений регламентируются Госстандартом 12.1.005-88 "Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны" в зависимости от поры года (холодная, теплая) и категории работ (легкая, средней тяжести, тяжелая).

Так, оптимальные нормы температуры в холодный период установлены в пределах 21-24оС при выполнении легкой работы и 16-19оС при выполнении тяжелой работы. В теплый период, эти интервалы соответственно 22-25оС и 18-22оС. Допустимая максимальная температура в теплый период не больше 30оС, минимальная в холодный период - 13оС.

Приложение 2

Определение влажности воздуха с помощью психрометров

Определение абсолютной и относительной влажности воздуха станционным психрометром Августа (рис. 6.2-а).

Резервуар психрометра заполняют водой. Ткань, которой обернут резервуар одного из термометров прибора, опускают в воду с тем, чтобы сам резервуар был на расстоянии 3 см над поверхностью воды. Затем психрометр подвешивают на штативе в точке определения. Через 8-10 минут снимают показатели сухого и влажного термометров.

Рис. 6.2. Приборы для определения влажности воздуха

(а - психрометр Августа; б - психрометр Ассмана; в - гигрометр)

Абсолютную влажность рассчитывают по формуле Реньо:

А = f - a ∙ (t - t₁) B,

где А - абсолютная влажность воздуха при данной температуре в мм. рт.ст.;

f - максимальное давление водяных паров при температуре влажного термометра (находят по таблице насыщенных водяных паров, табл. 3);

а - психрометрический коэффициент, который равен 0,0011 для закрытых помещений;

t - температура сухого термометра;

t₁- температура влажного термометра;

В - барометрическое давление в момент определения влажности (находят по показаниям барометра), мм. рт.ст.

Относительную влажность рассчитывают по формуле: P = ,

где Р - относительная влажность, %; А - абсолютная влажность, мм. рт.ст.;

F - максимальное давление водяных паров при температуре сухого термометра, в мм. рт.ст. (находят по таблице насыщенных водяных паров, табл.3).

Таблица 3

Максимальное давление водяных паров воздуха помещений

Относительную влажность определяют и по психрометрическим таблицам для психрометров Августа (при скорости движения воздуха 0,2 м/с). Ее значения находят в точке пересечения показателей сухого и влажного термометров, табл. 4

Принцип работы психрометра основан на том, что интенсивность испарения влаги с поверхности увлажненного резервуара психрометра пропорциональна сухости воздуха: чем оно суше, тем ниже показатели увлажненного термометра сравнительно с сухим в связи с тем, что тепло увлажненного психрометра теряется на скрытое тепло парообразования.

Таблица 4

Определение относительной влажности по данным психрометра Августа

Определение влажности воздуха с помощью аспирационного психрометра Ассмана

Важным недостатком психрометра Августа есть его зависимость от скорости движения воздуха, которая влияет на интенсивность испарения, а значит и на охлаждение влажного термометра прибора.

У психрометра Ассмана (рис. 6.2-б) этот недостаток ликвидирован за счет вентилятора, который создает возле резервуаров термометров постоянную скорость движения воздуха 4 м/сек, а потому его показатели не зависят от этой скорости в помещении или за ее пределами. Кроме этого, резервуары термометров этого психрометра защищены от радиационного тепла за счет отражающих цилиндров вокруг резервуаров психрометра.

С помощью пипетки смачивают батист влажного термометра аспирационного психрометра Ассмана, заводят пружину аспирационного устройства или включают в розетку электропровод психрометра с электровентилятором, после чего психрометр подвешивают на штатив в точке определения. Через 8-10 минут снимают показания сухого и влажного термометров.

Абсолютную влажность воздуха рассчитывают по формуле Шпрунга:

A = t - 0,5 ∙ (t - t₁) ,

где А - абсолютная влажность воздуха, мм. рт.ст ;

t - максимальное давление водяного пара при температуре влажного термометра (находят по таблице насыщенных водяных паров, табл. 3);

0,5 - постоянный психрометрический коэффициент;

t - температура сухого термометра; t₁- температура влажного термометра;

В - барометрическое давление в момент определения, мм. рт.ст.

Относительную влажность определяют по формуле: Р = А × ,

где: Р - относительная влажность, %; А - абсолютная влажность, мм. рт.ст.;

F - максимальная влажность при температуре сухого термометра, мм. рт. ст. (табл. 3).

Относительную влажность определяют и по психрометрическим таблицам для аспирационных психрометров. Значение относительной влажности находят в точке пересечения показателей сухого и влажного термометров, табл. 5.

Для определения относительной влажности воздуха используют также волосяные, или мембранные гигрометры, которые показывают непосредственно эту влажность. Принцип работы гигрометров основан на удлинении обезжиренного волоса или ослаблении мембраны при их увлажнении и наоборот - при высыхании (рис. 6.2-в).

Таблица 5

Определение относительной влажности по данным психрометра Ассмана, %

Таблица 4

Нормы относительной влажности воздуха в зоне жилых, общественных и административно-бытовых помещений (Извлечение из СНиП 2.04. 05-86)

Примечание:* В районах с расчетной относительной влажностью внешнего воздуха больше 75% допустимая влажность - 75%.

Нормы установлены для людей, которые находятся в помещении беспрерывно больше 2 часов.

Дефицит насыщения (разность между максимальной и абсолютной влажностью воздуха) определяют по таблице насыщенных водяных паров: от значения максимальной влажности воздуха при показаниях сухого термометра психрометра отнимают абсолютную влажность воздуха, рассчитанную по формулам Реньо или Шпрунга.

Физиологический дефицит насыщения (разность между максимальной влажностью воздуха при температуре тела 36,5оС и абсолютной влажностью воздуха при данной температуре) определяют по той же таблице насыщенных водяных паров (табл. 3).

Точку росы (температуру, при которой абсолютная влажность воздуха становится максимальной) находят по той же таблице насыщенных водяных паров (табл. 3) в обратном направлении: по значениям абсолютной влажности находят температуру, при которой эта влажность будет максимальной.

Максимальная влажность с поднятием температуры воздуха возрастает в геометрической прогрессии, а абсолютная - в арифметической. Потому относительная влажность с поднятием температуры снижается. Таким образом, в холодное время года количество влаги в воздухе (абсолютная влажность), существенным образом ниже чем летом, но оно близко к максимальной влажности, и поэтому относительная влажность в холодные периоды года, как правило, высокая, а летом - низкая.

Суточные колебания температуры, влажности воздуха и атмосферного давления определяют с помощью термографа, гигрографа, барографа, соответственно (рис. 6.3).

Рис. 6.4. Самозаписывающие метеорологические приборы.

(а - термограф; б - гигрограф; в - барограф.)

Прибор комбинированного действия - электротермоанемометр изображен на рисунке 6.5.

Рис. 6.5. Электротермоанемометр

( 1 - гальванометр; 2 - переключатель питания; 3 - клеммы для подключения к сети; 4 - вилка датчика; 5 - переключатель для определения температуры или скорости движения воздуха; 6 - переключатель "измерение - контроль"; 7 - ручка регулирования напряжения; 8 - датчик

(микротермосопротивление); 9 - защитный футляр датчика.)

Атмосферное давление определяется при помощи барометра-анероида, шкала которого градуирована в мм. рт. ст. (рис. 6.6) или в килопаскалях.

Рис. 6.6. Барометр-анероид

Контрольные вопросы

(для подготовки к выполнению работы)

1. Цель работы.

2. Что такое абсолютная влажность? Упругость водяного пара? Относи­тельная влажность? (Формула и определение)

3. Что такое «точка росы»?

4. Устройство и порядок работы с психрометром Ассмана.

5. Что будет с температурой влажного термометра, если  воздуха пони­зится? Повысится?

6. Что такое градиент температуры по высоте помещения?

7. При каких значениях t,  влажностный режим в помещениях нормаль­ный? Сухой? Влажный?

(для защиты лабораторной работы)

1. Где выше абсолютная влажность зимой? Почему?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Температура воздуха в помещении понизилась. Что стало с относитель­ной влажностью? Абсолютной влажностью?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Может ли градиент температуры по высоте в помещении быть отрица­тельным? Если может, то при каких условиях?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Причины образования тумана летом, зимой.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. При каких условиях возможно появление конденсата на наружных сте­нах?____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Определите ,  ^р, если t_вл= +16 ⁰С, t_сух= +20 ⁰С.

Практическое задание № 3

Построение розы ветров

Цель:

1. Изучить устройство и установку флюгера, ручного анемометра, анеморумбометра и правила наблюдений по ним.

2. Построить розы ветров по данным метеорологических станций и дать их анализ.

Ветер - это горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. На метеорологических станциях определяется направление и скорость ветра.

Направление ветра определяется в той части горизонта, откуда дует ветер, и выражается в метеорологических румбах или в градусах. В настоящее время принята 16-румбовая система определения направления ветра. В табл. 6.1 представлены русские и международные названия румбов и приведены соответствующие им значения направления ветра в угловых градусах.

Направление ветра в градусах начинают отсчитывать с севера по часовой стрелке.

Скорость ветра измеряется в метрах в секунду (м/с), в километрах в час (км/ч) или в баллах.

Т а б л и ц а 6.1. Название и обозначение румбов и их значения

в градусах

Название

Обозначение

Градусы

русское

международное

от

до

Северо-северо-восточный

ССВ

NNE

12

33

Северо-восточный

СВ

NE

34

56

Восточно-северо-восточный

ВСВ

ENE

57

78

Восточный

В

E

79

101

Восточно-юго-восточный

ВЮВ

ESE

102

123

Юго-восточный

ЮВ

SE

124

146

Юго-юго-восточный

ЮЮВ

SSE

147

168

Южный

Ю

S

169

191

Юго-юго-западный

ЮЮЗ

SSW

192

213

Юго-западный

ЮЗ

SW

214

236

Западно-юго-западный

ЗЮЗ

WSW

237

258

Западный

З

W

259

281

Западно-северо-западный

ЗСЗ

WNW

282

303

Северо-западный

СЗ

NB

304

326

Северо-северо-западный

ССЗ

NNW

327

348

Северный

С

N

349

11

Скорость и направление ветра - очень изменчивые характеристики физического состояния атмосферы. Поэтому среднюю скорость ветра принято определять за десятиминутный, а направление - за двухминутный интервал времени. При этом отмечается максимальный порыв ветра (максимальная скорость). Кроме этого определяется изменчивость скорости и направление ветра или его порывистость. Порывистость оценивается качественно: по направлению - постоянный или переменный, а по скорости - ровный или порывистый.

Для измерения направления и скорости ветра используются флюгер, ручной чашечный анемометр и анеморумбометр.

Флюгер является наиболее простым по устройству и широко распространенным прибором для измерения направления и скорости ветра. Указателем направления ветра у флюгера служит двухлопастная флюгарка 1 с противовесом 2 и восемь штифтов 3, ввинченных в муфту 4, причем четыре штифта длинные и четыре короткие (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Флюгер.

Длинные штифты соответствуют направлению С, Ю, З, В, короткие- СЗ, СВ, ЮЗ, ЮВ. Один штифт, обозначенный буквой С, должен быть направлен строго на север. Под действием ветра флюгарка вращается вокруг вертикальной оси. Направление ветра определяют по положению противовеса флюгарки относительно штифтов.

Указатель скорости ветра состоит из железной доски 5 размером 1530 см, свободно качающейся над флюгаркой около горизонтальной оси 6, закрепленной на металлическом стержне 7, и восьми штифтов, ввинченных в дугу 8, которая также соединена с осью 6 металлическим стержнем 9. Для уравновешивания дуги на другом конце оси навинчен груз 10. Нумерация штифтов начинается с отвесного штифта, имеющего нулевой номер. Для удобства отсчета четные штифты (0, 2, 4, 6) делают длиннее нечетных (1, 3, 5, 7). Различают флюгеры с легкой доской (200 г) и с тяжелой (800 г).

Под воздействием ветра флюгарка устанавливается в его направлении, а доска - всегда перпендикулярно направлению ветра и отклоняется на угол, который зависит от скорости ветра, и ставится рядом с соответствующим штифтом. При помощи флюгера с легкой доской можно измерять скорость ветра до 20 м/с, а с тяжелой - до 40 м/с.

Флюгер устанавливают на металлической мачте высотой 10…12 м от поверхности земли с условием, чтобы окружающие его здания, деревья и другие предметы были на значительном расстоянии и не оказали влияние на его показания. Он ориентируется длинным штифтом с буквой С (N) на север. Ночью он освещается электрическими лампочками.

При определении направления ветра наблюдатель должен стоять рядом с мачтой; на протяжении 2 мин наблюдатель за положением флюгарки и отмечать среднее ее местоположение в отношении штифтов, что указывают стороны света.

Для определения скорости ветра наблюдатель должен отойти от мачты и стать в направлении, перпендикулярным положению флюгарки. На протяжении 2 мин необходимо следить за колебанием доски и определить ее среднее положение за этот промежуток времени в отношении штифтов.

В книгу наблюдений записывают направление ветра и номер штифта, около которого или между которыми отмечено среднее положение доски. После этого скорость ветра переводят в метры в секунду, используя табл. 6.2 [2].

Т а б л и ц а 6.2. Определение скорости ветра по положению доски флюгера, м/с

Доска

Положение доски около штифта

0

0-1

1

1-2

2

2-3

3

3-4

4

4-5

5

5-6

6

6-7

7

Легкая

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

12

14

17

20

Тяжелая

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

24

28

34

40

По флюгеру определяется также характер ветра. Направление ветра считается постоянным, если на протяжении наблюдений противовес колеблется в пределах одного румба. В других случаях ветер считается переменным. Ветер называют ровным, если доска колеблется на протяжении 2 мин около одного штифта, или между двумя соседними. Если амплитуда колебаний более двух штифтов, ветер характеризуется как порывистый.

Ручной чашечный анемометр со счетным механизмом применяется для измерения средней скорости ветра в пределах от 1 до 20 м/с за определенный промежуток времени. Приемной частью данного прибора является вертушка с четырьмя полусферическими чашками 1 (рис. 6.2). Она крепится на металлической оси 2. На нижнем конце оси имеется резьбовая нарезка, соединенная с шестеренчатым механизмом, который находится в пластмассовым корпусе 4. Полушария защищены от механических повреждений проволочными дужками 3. Шестеренчатый механизм представляет собой счетчик количества оборотов вертушки при воздействии на ее ветра. Счетчик связан с тремя стрелками, которые перемещаются вдоль трех циферблатов 5. По показаниям большой стрелки отсчитывают единицы и десятки оборотов от 0 до 100. По показаниям двух маленьких стрелок отсчитывают сотни и тысячи оборотов, соответствующие им циферблаты имеют по 10 делений.

Рис. 6.2. Ручной чашечный анемометр.

Счетный механизм включается и выключается арретиром, выступающий конец которого расположен сбоку корпуса и имеет вид подвижного кольца 6. Движением арретира 6 вверх (против часовой стрелки) счетчик анемометра включают, а движением вниз (по часовой стрелке) - выключают. Время измерения скорости ветра анемометром должно быть не менее 100 с. Для включения и выключения арретира к нему привязывают шнурок, а концы его пропускают в ушки 7. В нижней части прибора имеется винт 8 для установки анемометра на деревянном столбе.

Анеморумбометр - дистанционный прибор. Он служит для измерения скорости ветра, осредненной за 10-минутный интервал, максимальной мгновенной скорости ветра между сроками наблюдений и направления ветра (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Анеморумбометр.

Принцип действия анеморумбометра основан на преобразовании направления и скорости ветра в электрические величины. В комплект прибора входит датчик 1, измерительный пульт 2 и блок питания 3. Датчик состоит из обтекаемого корпуса, вращающегося вокруг вертикальной неподвижной стойки. В конце корпуса находится флюгарка 5, а в начале - четырехлопастный винт 4 с горизонтальной плоскостью вращения, которая с помощью флюгарки устанавливается всегда перпендикулярно направлению воздушного потока. Внизу вертикальной стойки находится ориентир для установки датчика относительно сторон света и штепсельный разъем для подключения соединительного кабеля.

Измерительный пульт - настольный прибор, на лицевой стороне которого размещены указатель мгновенной скорости 6, указатель средней скорости 7 и указатель направления ветра 8.

Блок питания состоит из двух батарей аккумуляторов, вольтметра для измерения напряжения аккумуляторов и тумблера. Блок питания подключается к сети переменного тока.

Датчик анеморумбометра устанавливают на высокой мачте, а измерительный пульт и блок питания - в служебном помещении на столе. Датчик и измерительный пульт соединены между собой многожильным кабелем длиной 150 м, а измерительный пульт и блок питания - проводом длиной 2 м.

Для измерения направления ветра на 2 мин нажимают кнопку 9 и на глаз определяют среднее положение стрелки за это время. Максимальную скорость ветра, зафиксированную прибором между сроками наблюдений, отсчитывают по шкале 6 указателя. После этого, нажав кнопку 10, сбрасывают ее и отсчитывают еще максимальную скорость за 2-минутный интервал. Осредненную за 10-минутный интервал скорость ветра измеряют по шкале 7. Отсчеты скорости ветра производят с точностью до 1 м/с. Осреднение скорости ветра и регистрация максимальных значений осуществляются автоматически. Пределы измерения скорости ветра - от 1,5 до 60 м/с.

Роза ветров. В практике строительства сельскохозяйственных зданий и сооружений, для правильного размещения полезащитных лесных полос, кулис, проведения мероприятий по снегозадержанию необходимы сведения о направлении ветра в данной местности. С этой целью определяют повторяемость направления ветра по румбам на основании ежедневных наблюдений за многолетний период. Выражается она в процентах и обычно дается для января и июля по восьми румбам.

Для наглядного представления режима ветра в данном месте за месяц, сезон, год по данным повторяемости строится роза ветров (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Роза ветров.

По данным повторяемости и направления ветра, представленным в приложении 9 строится роза ветров для января (I) и июля (VII).

1. Для построения розы ветров из одной точки по направлению восьми основных румбов откладывают отрезки, соответствующие повторяемости направления ветра (%) данного румба в выбранном масштабе.

2. Полученные точки на румбах соединяют прямыми линиями (см. рис. 6.4).

3. В центре розы ветров показывают число штилей.

Пользуясь розами ветров (рис. 6.4), можно сделать вывод, что промышленные предприятия и фермы лучше располагать с южной или северо-восточной стороны от населенных пунктов, лесные полосы должны иметь направление с севера на юг и т. д.

Как начертить розу ветров

Роза ветров - это круговая векторная диаграмма, на которой отражена повторяемость ветра в различных направлениях на протяжении определенного периода времени. Строится роза ветров обычно по средним многолетним данным для года, сезона, месяца.

Вам понадобится

- лист бумаги;
- карандаш или ручка;
- «календарь погоды».

Инструкция

1

Для того чтобы самому начертить розу ветров, вам понадобятся данные о ежедневном направлении ветра за определенное время. Например, вы можете наблюдать за погодой в течение одного месяца, ежедневно записывая данные о направлении ветра в «Календарь погоды».

2

Начертите на листе бумаги пересекающиеся линии (по принципу системы координат), которые будут обозначать основные стороны света, иначе их еще называют румбы горизонта, (север-юг, запад-восток). Затем проведите через центр еще две линии (северо-запад, юго-запад, северо-восток, юго-восток). Всего у вас должно получиться восемь направлений (румбов). Подпишите их названия на своем чертеже (С; Ю; З; В; С-З; С-В; Ю-З; Ю-В ).

3

Используя данные «Календаря погоды», по каждому направлению от центра в сторону, куда дует ветер, отметьте в масштабе количество дней, на протяжении которых преобладал ветер определенного направления. Можно выбрать любой удобный масштаб, например, 1 день принять за 0,5 см. Если, к примеру, ветер юго-западного направления дул в течение месяца 5 дней, то необходимо от центра графика по линии, которая направлена на юго-запад, отложить 2,5 см и сделать отметку.

4

Таким же образом сделайте отметки ветров по каждому из восьми направлений.

5

Полученные отметки последовательно соедините прямыми линиями. В центре розы ветров или рядом с ней укажите количество дней с безветренной погодой.

6

По лучам розы ветров вы можете сделать вывод о преобладающих ветрах в вашей местности за месяц.

2. Постройте розу ветров на месяц по следующим данным:

С - 4 дня;

СВ - 1 день

В - 4 дня

ЮВ - 10 дней

Ю - 5 дней

ЮЗ - 4 дня

З - 2 дня

СЗ --1день

Масштаб: 1 деление на осях - 1 день

3. Сделайте вывод о преобладающих ветрах в данном месяце.

Контрольные вопросы

1. Как определяют направление и скорость ветра?

2. Устройство флюгера.

3. В чем заключается последовательность наблюдений по флюгеру?

4. Какие скорости измеряются по флюгеру, оборудованному легкой и тяжелой доской?

5. Устройство и принцип работы ручного чашечного анемометра.

6. Что собой представляют анеморумбометры?

7. Последовательность наблюдений по анеморумбометру.

8. Что такое роза ветров и для каких целей она строится?

33