URBAN MASH

🌡 ПСИХРОМЕТРИЯ: КАК ЧИТАТЬ КЛИМАТ В АРХИТЕКТУРНЫХ ПРОЕКТАХ

Недавно я была на летней школе в TU Delft, посвященной устойчивому развития жилья (было круто и полезно). В проекте реновации социального жилья в Делфте я была ответствена за аналитическую градостроительную часть. Новым знанием для меня был учет климатических особенностей местности, в НЛ это маст часть перед любым энергоэффективным проектом (сейчас общенациональная задача - уйти от газа и повысить энергетические лейблы). Давайте разбираться.

И да, анализ психрометрический (psychrometrics — наука о влажном воздухе), а не психометрический. Психометрия — это про тесты личности :) Архитектору важно хотя бы уметь читать диаграммы, а геоаналитикам имхо еще и строить.

ЧТО ЭТО ТАКОЕ

По оси X — сухая температура воздуха, по оси Y — влагосодержание (г воды на кг сухого воздуха), кривые внутри — относительная влажность и энтальпия (да, было много физики на программе). Любое состояние воздуха = одна точка на графике.

Дальше берём метеофайл за год — это 8760 часов — и высыпаем их все на диаграмму как гистограмму по ячейкам. Получается портрет климата: не средние значения по месяцам, а где реально живёт погода весь год.

ЗАЧЕМ ЭТО НУЖНО

Диаграмма отвечает на вопросы, которые дороже всего менять на поздних стадиях:
сколько часов наружный воздух уже комфортен и достаточно просто открыть окно;
сколько часов здание догреется само внутренними теплопоступлениями (люди, техника, свет);
нужна ли механическая холодилка или хватает ночного проветривания и затенения;
какая пассивная стратегия даёт максимум часов комфорта на вложенный рубль.

ЧТО ЗА 14 ЗОН

Это Givoni–Milne bioclimatic chart — идея в том, чтобы вокруг зоны комфорта пририсовать многоугольники: до какой погоды нас может дотянуть та или иная стратегия.

Конкретно разбивка на 14 пронумерованных зон — из обзора Manzano-Agugliaro et al., «Review of bioclimatic architecture strategies for achieving thermal comfort», где зоны 1 и 2 — идеальный комфорт, а дальше по нарастающей: внутренние теплопоступления, пассивное солнце, активное солнце, увлажнение, обычное отопление, солнцезащита, термомасса, испарительное охлаждение, ночное проветривание, вентиляция, кондиционирование, осушение.

Сами 14 зон — это не стандарт, а методика. Стандартом задаются только границы комфорта: ASHRAE 55 (PMV Фангера) в американской традиции и EN 16798-1 в европейской. Границы «расширений» — эмпирика Гивони, у разных софтов полигоны чуть разные. Поэтому Climate Consultant, Ladybug и кастомные скрипты никогда не сойдутся до десятых, это нормально.

ЧТО ПОЛУЧИЛОСЬ У НАС

TMYx для Rotterdam The Hague AP:
53% часов — обычное отопление
25,6% — отопление внутренними теплопоступлениями
1,1% — вентиляция
0% — кондиционирование

Вывод: климат отопительный, все деньги надо класть в оболочку и источник тепла, а не в охлаждение (несмотря на то, что после пару дней аномалии из-за Эль-Ниньо впечатление может сложиться иное). И эти 25,6% — не подарок, а резерв, который открывается только после утепления, иначе тепло просто утекает.

Ещё два момента: зоны 1–2 и зона 8 (солнцезащита) пересекаются, поэтому сумма процентов больше 100. И «доля часов» ≠ «доля энергии»: часы при −5°C весят гораздо больше, чем часы при +18°C.

КАК ЭТО ПОВТОРИТЬ

Входной файл всего один — EPW (почасовой метеофайл EnergyPlus). Брать на climate.onebuilding.org (там же свежие TMYx) или на energyplus.net/weather.

Без кода (я не использовала):
Climate Consultant 6.0 от UCLA
Psychro Chart Web Эндрю Марша
Ladybug для Grasshopper (тут пассивных стратегий 5, а не 14)

На питоне (я использовала):
ladybug-core — чтение EPW: `from ladybug.epw import EPW
psychrolib — психрометрика по ASHRAE RP-1485, MIT-лицензия
pythermalcomfort от CBE — PMV/PPD (это индексы теплового комфорта) и адаптивные модели по ASHRAE55 и EN16798
ladybug-charts — если не хочется рисовать полигоны руками

Весь пайплайн это четыре шага:
1) открыть EPW и достать оттуда два столбца: температура и влажность на каждый час года;
2) пересчитать относительную влажность во влагосодержание (psychrolib);
3) разбить поле на клетки (1°C по горизонтали, 0,5 г/кг по вертикали) и посчитать, сколько часов попало в каждую — это и есть то цветное облако;
4) наложить сверху границы зон и посчитать, сколько точек внутри каждой.

Гитхабы в помощь: ladybug-tools/ladybug, psychrometrics/psychrolib, CenterForTheBuiltEnvironment/pythermalcomfort.

ТАК А ЧТО С КОНКРЕТНЫМ ЗДАНИЕМ?

Тут 2 объемные диагарммы, построенные на одной 3D-модели и одном EPW и считают 2 разные физические величины.

Слева — годовая солнечная иррадиация, кВт·ч/м²·год. Это энергия. Интеграл прямой и рассеянной радиации по всему небосводу за год с учётом угла падения и самозатенения. Отвечает на вопросы: где ставить PV (солнечные панели), сколько бесплатного тепла зимой приходит через окна, где фасад будет перегреваться.

Справа — количество часов прямого солнца, ч/год. Это время. Просто счётчик часов, когда солнце над горизонтом, в передней полусфере и не перекрыто геометрией. Отвечает на вопросы: где нужны наружные жалюзи, где будет блик на мониторах, какие дворы реально солнечные.

Что нужно технически:
Геометрия — из SketchUp или Rhino.
Контекст — соседние здания и рельеф. Без него цифры завышены, потому что модель думает, что вокруг чистое поле.
Тот же EPW, что и для психрометрии.
Движок Radiance через Ladybug Tools: компонент LB Incident Radiation для первой картинки и LB Direct Sun Hours для второй.

Альтернативы: ClimateStudio быстрее, но платно.

САММАРИ

Психрометрия говорит что делать: климат отопительный, значит оболочка и тепловой насос, а не кондиционеры. Карта радиации говорит, где брать бесплатную энергию. Карта часов солнца говорит, где защищаться и показывает, что во дворе защищаться почти не от чего, галерейные балконы уже всё затенили.

@urban_mash