Лекция № 2 Основы строительной теплотехники, акустики, светотехники.
Вопросы:
1 Основы строительной теплотехники.
2. Основы звукоизоляции в строительстве.
3. Строительная светотехника.
1 Основы строительной теплотехники.
Рационально запроектированные наружные ограждающие конструкции должны удовлетворять следующим теплотехническим требованиям:
- обладать достаточными теплозащитным свойствами, чтобы лучше сохранять теплоту в помещениях в холодное время года или защищать помещения от перегрева в летнее время (для южных районов);
- не иметь при эксплуатации на внутренней поверхности слишком низкой температуры, значительно отличающейся от температуры внутреннего воздуха, во избежание образований в ней конденсата и охлаждения тела человека от теплопо-терь излучением;
- обладать воздухонепроницаемостью не выше установленного предела, выше которого воздухообмен будет понижать теплозащитные качества ограждения и охлаждать помещение, вызывая у людей, находящихся вблизи ограждения, ощущение дискомфорта;
- сохранять нормальный влажностный режим, так как увлажнение ограждения ухудшает его теплозащитные свойства, уменьшает долговечность и ухудшает температурно-влажностный климат в помещении.
Для того чтобы ограждающие конструкции отвечали перечисленным требованиям, производят теплотехнический расчет в соответствии со СНиП II-3 —79* «Строительная теплотехника. Нормы проектирования».
В простейшем виде ограждающая конструкция здания по своей расчетной схеме представляет плоскую конструкцию (стенку или плиту), ограниченную параллельными поверхностями. Она разделяет воздушные среды с разными температурами.
Ограждающая конструкция называется однородной, если выполнена из одного материала, и слоистой, если состоит из нескольких материалов, слои которых расположены параллельно внешним поверхностям ограждения.
Количество теплоты (Вт), проходящее через ограждающую конструкцию, может быть определено на основании закона Фурье:
(2.1)
где и — температуры на теплой и холодной поверхности ограждения, °С;
- теплопроводность материала,
Вт/(м2*°С)
; —толщина ограждения, м;
F — площадь ограждения, м2;
— время передачи теплоты, ч (с).
Из равенства (2.1) получим
Если толщину ограждения, его площадь, время передачи теплоты и разность температур принять равными единице, то ,
т. е. теплопроводность представляет количество теплоты, которое проходит в единицу времени через 1 м2 однородного ограждения толщиной 1 м при разности температур на его поверхности 1° С.
Эта величина является одной из основных теплофизических характеристик строительных материалов и зависит от влажности материала, его природы, химического состава и особенностей кристаллической структуры. Так, теплопроводность увеличивается с повышением влажности материала.
Однако целью теплофизического расчета ограждающих конструкций является не определение их теплопроводности, а придание необходимых теплозащитных качеств. В связи с этим отношение теплопроводности к толщине ограждения заменяют обратной величиной (°С-м2/Вт), которая называется термическим сопротивлением К однородного ограждения или отдельного конструктивного слоя, входящего в состав слоистой конструкции.
Тогда термическое сопротивление cлоистой конструкции равно сумме термических сопротивлений всех слоев, т. е.
где — толщина отдельных слоев,
м;, — теплопроводность мате-
риалов слоев.
При передаче теплоты через ограждающую конструкцию перепад температур от tвдо tн состоит из суммы трех расчетных температурных перепадов (рис. 17.1): —разности температур
воздуха помещения и внутренней поверхности ограждения; — изменения температуры внутренней и наружной поверхностей ограждения; — разности температур наружной поверхности ограждения и наружного воздуха.
Каждый из этих перепадов температур вызван конкретным сопротивлением переносу теплоты: — сопротивлением тепловосприятию (К8); — термическим сопротивлением ограждения (К); — сопротивлением теплоотдаче (Я„).
Тогда общее термическое сопротивление ограждающей конструкции (м2 • °С/Вт)
(2.2)
В теплофизических расчетах принимают: Rв =0,114 — для стен, полов и гладких потолков отапливаемых зданий;Rн = 0,04 — для наружных стен и бесчердачных перекрытий и Rн = 0,08 — для чердачных перекрытий.
2. Основы звукоизоляции в строительстве.
При проектировании зданий особое внимание должно быть уделено звукоизоляции помещений. Это может быть достигнуто:
соответствующими планировочными решениями, при которых помещения с источниками шума удалены от помещений, где требуется тишина;
целесообразным размещением инженерного и санитарно-технического оборудования (лифтов, мусоропроводов, вентиляторов, насосов, санитарных приборов) и осуществлением мероприятий по снижению шума, возникающего от этого оборудования;
применением строительных конструкций с достаточными звукоизолирующими качествами.
Из физики известно, что звук — волновое колебание упругой среды, подчиняющееся физическим законам. Колебания источника звука возбуждают в упругой среде колебания ее частиц, которые последовательно, от частицы к частице, распространяются в среде волнообразно с определенной скоростью в виде звуковых волн. При этом частицы среды не перемещаются вместе со звуковой волной, они только колеблются, попеременно смещаясь и возвращаясь в первоначальное положение.
Количество энергии, переносимое звуковой волной за 1 с через площадку в 1 см2, перпендикулярную направлению движения волны, называют силой звука и выражают в Вт/см2.
Ухо человека может ощущать звук только в том случае, когда его сила не меньше определенной величины, называемой порогом слышимости. Верхний предел силы звука, который воспринимается как болевое ощущение, называется болевым порогом.
Сила звука у порога слышимости равна 1-10-16 Вт/см2, а у болевого порога - около 1-10-2 Вт/см2; следовательно, силы этих звуков отличаются один от другого в 1014 раз.
На практике пользуются логарифмическим масштабом этих величин. Для этого ввели понятие уровня силы звука. Он выражается десятичным логарифмом отношения силы данного звука к силе звука на пороге слышимости и обозначается L. Выражают уровень силы звука в логарифмических единицах — белах (Б) (1 бел = 10 децибел). Обозначая силу данного звука с, а силу звука на пороге слышимости с0, будем иметь (дБ)
(2..4)
При распространении звука в упругой среде вследствие колебательных движений частиц в последней возникает так называемое звуковое давление р, выражаемое в Па. Сила звука пропорциональна квадрату звукового давления:
Исходя из этого, формулу (2.4) можно преобразовать (дБ):
(2.5)
Это выражение носит название уровня звукового давления.
При решении вопросов звукоизоляции различают звуки воздушные и ударные.
Воздушный звук (в результате разговоров, игры на музыкальных инструментах и др.) проникает в помещения через неплотности в ограждении; вследствие колебаний ограждения (мембрана); непосредственно через материал ограждения.
Основными средствами борьбы с воздушным звуком являются тщательная заделка неплотностей, особенно в местах примыкания перекрытий и перегородок к стенам; устранение мембранных колебаний конструкций путем увеличения их массивности. Этот путь не всегда экономичен. Более приемлемым решением является применение слоистых конструкций с разной звукопроницаемостью.
Ударный звук (в результате ходьбы, передвижения грузов и др.) проникает в ограждение в виде звуковых волн. Для изоляции от этих звуков необходимо применять упругие прокладки, чередовать в конструкции перекрытия материалы разной плотности и звукопроницаемости, устраивать раздельные конструкции пола и потолка.
Звукоизолирующая способность ограждения, подобно уровню силы звука и уровню звукового давления, выражается в децибелах (дБ) и изменяется в зависимости от высоты звука, т. е. от частоты звуковых колебаний. Поэтому звукоизолирующие свойства ограждающих конструкций определяют опытным путем. На основании опытов, проводимых при частотах в диапазоне от 100 до 3200 Гц, для общепринятых конструкций составлены частотные характеристики звукоизолирующей способности. Частотная характеристика — это кривая, построенная в координатной сетке, где по абсциссе отложены частоты (Гц), а по ординатам — звукоизоляционные свойства (дБ).
Степень звукоизолирующей способности конструкции устанавливают путем сопоставления ее частотной характеристики с нормативными частотными характеристиками, разработанными для ограждающих конструкций зданий.
При отсутствии измеренных величин звукоизоляции в лабораторных или натурных условиях показатель звукоизоляции ограждающих конструкций допускается принимать по СНиП П-12 —77* «Защита от шума».
При проектировании зданий различного назначения принимают типовые конструкции стен, перегородок, перекрытий и других ограждающих конструкций. При этом необходимо произвести проверку, насколько звукоизолирующие свойства той или иной конструкции соответствуют нормативным показателям, приведенным в СНиПе.
Для приближенной оценки звукоизоляции ограждений от воздушного шума можно пользоваться величиной средней звукоизолирующей способности в диапазоне частот 100 ... 3200 Гц.
Среднюю звукоизолирующую способность ограждения с округлением до 1 дБ можно определить на основании имеющейся частотной характеристики шума по формуле
Rср = (R1+R2+ ... +Rn)/n, (2.6)
где R1 ,R2 , ...,Rn— значения звукоизолирующих способностей в частотных интервалах шириной 1 или 1/3 октавы, дБ; п — число частот, для которых определены значения R.
Среднее значение звукоизоляции одно- родных конструкций (дБ) приближенно можно определить в зависимости от поверхностной плотности по формулам: при т= 200 кг
Rср = 13,51gm+13; (2.7)
при т > 200 кг
Rср = 231gm-9. (2.8)
3. Строительная светотехника.
Задачей строителей светотехники являются исследование условий, определяющих создание оптимального светового режима в помещениях, отвечающего протекающим в них функциональным процессам, и разработка соответствующих архитектурных и конструктивных решений зданий. Прямым источником естественного освещения является солнце, а диффузным (рассеянным) светом — свет небосвода. Свет в помещения проникает через световые проемы: окна, фонари верхнего освещения и др.
Мощность лучистой энергии, приведенная к спектральной чувствительности человеческого глаза, проходящая через какую-либо площадку в одну секунду, называется световым потоком Ф. За единицу светового Потока принят люмен (лм), соответствующий мощности 1/683 Вт при длине волны светового излучения h = 555 нанометра (нм), определяемой по специальным эталонам.
Для оценки условий освещения, создаваемых источником света, пользуются понятием освещенности.
Освещенностью поверхности Е (лк) называется отношение величины падающего светового потока Ф к площади освещаемой поверхности А :
Е = Ф/А. (2.9)
В практике проектирования естественного освещения рассматривается не освещенность, а относительная величина — коэффициент естественной освещенности КЕО (е), равный отношению освещенности в данной точке внутри помещения ЕВ к освещенности горизонтальной площади, расположенной под открытым небом при диффузном свете небосвода ЕH:
е = (Ев/Ен)100. (2.10)
Чтобы определить абсолютное значение освещенности внутри помещения (лк), можно воспользоваться формулой
Ев = Ене/100. (2.11)
Для учета равномерной яркости неба введено понятие геометрического коэффициента естественной освещенности е. Этот коэффициент составляет процентное отношение площади светопропускания к площади небосвода.
Геометрический КЕО определяется различными методами. Однако наибольшее распространение имеет графический метод, разработанный А. М. Данилюком. Этот метод основан на закономерностях проекции телесного угла и светотехнического подобия. Если расположить на горизонтальной плоскости в центре полусферы точку и эту полусферу принять за небосвод равномерной яркости, а солнечный и Отраженный свет не учитывать, то освещенность этой точки можно считать равной 1, или 100%.
Рис. 2.1 Схема разбивки полусферы.
А. М. Данилюк разбил полусферу небосвода 100 меридианами и 100 параллелями на 10000 равновеликих по степени световой активности площадок (рис. 17.3), каждая из которых направляет на освещенный предмет световой луч. Проецируя световой проем на полусферу, получаем площадь светового проема, выраженного в световых лучах, а график проекции полусферы на горизонтальную плоскость дает возможность определить ширину светового проема, также выраженную в световых лучах.
Обозначим количество световых лучей по вертикальной плоскости n1; а количество световых лучей по горизонтальной плоскости — п2. Тогда площадь светового проема, выраженная в процентах от площади полусферы, будет характеризовать геометрический коэффициент естественной освещенности:
КЕО = n1n2/100. (2.12)
Таким образом, освещенность точки внутри помещения равна количеству световых лучей от небосвода, проходящих к этой точке через световой проем.
В зависимости от характера функционального процесса, протекающего в здании, района строительства и вида здания применяют боковое освещение через окна в наружных стенах, верхнее — через проемы в покрытии (фонари) или комбинированное (боковое и верхнее). Для построения кривой освещенности по характерному разрезу помещения определяют КЕО для ряда точек. Найденные величины откладывают от этих точек в соответствующем масштабе в виде вертикальных отрезков вверх от рабочей поверхности и концы соединяют кривой.
В качестве характерного разреза считают такой, который проходит по середине помещения и перпендикулярно плоскости остекления световых проемов (при боковом освещении) или продольной оси пролетов помещения (при верхнем освещении). В характерный разрез должны попасть рабочие места. Следует иметь в виду, что рабочей условной считают поверхность, расположенную на высоте 0,80 м от пола. Расчетные точки принимают на равных расстояниях друг от друга, располагая первую и последнюю точки на расстоянии 1 м от стен. Обычно число точек берут не менее 5.
Значения КЕО рассчитывают:
при боковом освещении
(2.13)
при верхнем освещении
(2.14)
при комбинированном освещении
(2.15)
где еб — геометрический коэффициент естественной освещенности в расчетной точке при боковом освещении:
(2.16)
(здесь п1 и п2 — соответственно количество лучей по графику / (рис. 17.4) и количество лучей по графику // (рис. 17.5)]; — коэффициент, учитывающий неравномерную яркость облачного небосвода (определяется по графику рис. 17.6); Я — коэффициент, учитывающий свет, отраженный от противостоящего здания (рис. 17.7):
(2.17)
(здесь и — соответственно количество лучейпо графикам 1 и //); К — коэффициент, учитывающий относительную яркость противостоящего здания (принимается по табл. 17.2); - общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле
(2.18)
(здесь — коэффициент светопропускания материала; — коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема; — коэффициент, учитывающий потери света в слое загрязнения остекления; - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (при боковом освещении = 1); — коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах). Коэффициенты приведены в табл. 17.3, а — в зависимости от конструкции солнцезащитных устройств в СНиП II- 4—79; — коэффициент,
Дата добавления: 2016-01-18; просмотров: 8348;