Основы строительный теплотехники, акустики, светотехники

Строительная теплотехника – это наука, изучающая процессы, происходящие в ограждающих конструкциях при передачи теплоты. 

Задачи строительной теплотехники:

  • достаточные теплоизоляционные параметры наружного ограждения, обеспечивающие комфортную температуру внутри помещения. Для этого определяют сопротивление теплопередаче Rтр для конструкции в зависимости от климатического района и назначения
  • нормативный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждения (в пределах 6-12оС)
  • исключение появления конденсата на внутренней поверхности ограждения.
  • достаточное сопротивление воздуха к паропроницанию

 При проектировании ограждающих конструкций учитывают климатические показатели, которые составлены на основе многолетних изучений и находятся в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».
Это:

  • температура наружного воздуха наиболее холодной однодневки и пятидневки
  • влажность наружного воздуха
  • повторяемость и скорость ветра и др.

Теплоустойчивость

Теплоустойчивость — свойство обеспечивать относительное постоянство температуры на внутренней поверхности при колебании величины теплового потока, проходящего через ограждение. Теплоустойчивость зависит  и от массивности стены. Чем массивнее стена, тем  медленнее оно реагирует на изменение наружной температуры и тем выше его теплоустойчивость. Степень теплоустойчивости характеризуется коэффициентом тепловой инерции ограждения D, которая находится как сумма произведений сопротивления слоев конструкции на коэффициент теплоусвоения материала.

  • Сопротивление теплопередачи и теплоустойчивость достигается разными путями:
    • определение толщины массивной конструкции, обеспечивающий данный режим. Но часто это приводит к невыгодным решениям. Н-р, для нашего района толщина стены д.быть не менее 1м., это дополнительные затраты на возведения фундамента и т.п. и стена обладает излишней прочностью
    • применение более легких  пористых материалов, обладающих меньшей теплопроводностью. Это сопровождается снижением прочности конструкции, что учитывается при проектирование
    • применение слоистых материалов, воздушной прослойки.
  • Сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции называют сопротивление ограждения, оказываемых его слоями фильтрации воздуха. Воздухопроницаемость ухудшает теплотехнические качества. Если эта величина высока, ограждение изолируют специальными материалами.
  • Сопротивление паропроницанию— отсутствие конденсата на внутренней поверхности ограждения.

Большое влияние на величину сопротивления теплопередачи оказывает влажностный режим ограждения. Все помещения, входящие в состав любого здания, имеют различный микроклимат (температуру и влажность). Относительная влажность помещения, показатель, выраженный в процентах по отношению к количеству влаги, необходимому для полного насыщения воздуха при данной температуры. Все помещения по этому показателю делятся на :

  • сухие помещения- 50%
  • помещения с нормальной влажностью- 50-60%
  • влажные- 61-75%
  • мокрые- более75%

Внутренний воздух содержит больше влаги, чем наружный. В связи с разностью упругости водяного пара внутреннего и наружного воздуха происходит движение пара через ограждение. Если количество водяных паров в воздухе достигает при определенной температуре установленного предела (точка росы), то начинается выпадение конденсационной влаги. Это приводит к ухудшению теплотехнических показателей, снижает долговечность, ухудшает санитарно-гигиенические условия. Борьба с этим ведется повышением сопротивления теплопередачи стены и введением специальных пароизоляционных  слоев для предупреждения возможности проникновения в толщу ограждения водяных паров из внутреннего воздуха.

Инсоляция

Инсоляция – естественное освещение солнечными лучами.

Инсоляция –естественное освещение солнечными лучами.
Инсоляция –естественное освещение солнечными лучами.

Инсоляция оказывает воздействие на микроклимат, степень освещенности, гигиенические качества помещений и имеет важное значение для архитектурной выразительности здания

При проектирования зданий не желательные явления:

  • резкая контрастность освещенности; для зрительной работы прямые солнечные лучи, падающие под углом 30о  и отраженные под углом 45-60о  считаются вредными  
  • перегрев помещения.

В связи с этим регламентируется продолжительность инсоляции в зависимости от климатического района, назначения помещения.

В жилых помещениях инсоляция должна быть не менее 2.5ч.

В соответствии со СНиПом территория нашей страны поделена на 4 климатических района: холодный, умеренный, теплый, жаркий. В каждом районе подрайоны: в холодном-5, в умеренном-4, в теплом-3, в жарком-4.

Климатические районы по СНИПу
Климатические районы по СНИПу

Рекомендуемые формы зданий: на севере- прямоугольные, замкнутые, на юге — более сложные формы с выступающими лоджиями и т.д.

Ориентация в зоне А (320-40) не благоприятная для всех  климатических районов, т.к. отсутствует инсоляция.

Зона Б 200-290- оптимальна, но не для южных районов из-за возможности перегрева, и 40-200; 290-320

Если квартира выходит на одну сторону здания ее нельзя ориентировать на сектор А во всех климатических районах, а на сектор Б для 3 и 4 районах.

При двусторонней ориентации квартиры на сектора А и Б должно быть обращено не более 1 жилой комнаты в 2х комнатной квартире,  2х комнат в 4х комнатной квартире,  3х в 5-ти комнатной. В общежитиях для всех районов на сектор А д.б. не более 40% площади комнат.

На продолжительность инсоляции размеры окон не оказывают влияние, а количество лучистой энергии зависит от размеров окон.

Светотехника

Для освещения помещений дневным светом применяют: боковое освещение через окна, верхнее с помощью фонарей, комбинированное. Существует два способа нормирования освещения- геометрическое, светотехническое.

Геометрический метод заключается в том, что площадь окон зависит от площади пола

Sок=1/5.5*1/8 Sп

Светотехнический заключается в определении коэффициента естественного освещения (КЕО). Это выраженное в процентах отношение освещенности в данной точке к освещенности условной наружной точки, находящейся на горизонтальной плоскости, освещенной равномерно отраженным светом небосвода

Значения требуемого КЕО с разным характером работы регламентируются нормативными данными.

Звукоизоляция

Конструкции междуэтажных перекрытий, стен, перегородок должны обеспечивать необходимую звукоизоляцию каждого помещения от шума в соседних помещениях и на улице, которая регламентируется нормативными данными. Громкость звука измеряется в фонах. Звук в 1 фон едва слышен и соответствует порогу звукового восприятия, в 140 фонов- предел громкости и воспринимается с раздражением и болью( разговор шепотом-10 ф., громкий-60ф., шум на улице с трамваем-90ф. и т.д.). При определение необходимой звукоизолирующей способности конструкции, учитывается максимальный допустимый уровень громкости шума в данном помещении и максимально возможный уровень громкости в соседнем помещении.

Борьба с уличными шумами ведется различными путями н-р, замена трамваев троллейбусами, выводом транзитных путей за пределы города, зеленными насаждениями, использованием спец. конструкций оконных и дверных блоков, использованием звукоизолирующих материалов и т.д.

При разработке конструкций учитывают два вида шумов: воздушный, материальный или ударный

Воздушный шум возникает при разговорах, пении, музыке и т.п. Он передается в соседние помещения через поры, имеющие в материале ограждения, через сквозные отверстия и трещины, а также благодаря мембранным колебаниям конструкции ограждения под ударами падающих на нее звуковых волн. Защита от воздушного шума это устранение щелей , не плотностей, сквозных пор, воздушной прослойки, использование звуконепроницаемых материалов и т.д.

Звукоизолирующая способность измеряется в децибелах (дБ)

 возникает непосредственно в ограждении в результате удара и передается в соседнее помещение по материалу конструкции в следствии вибрации ограждения. Это шум при ходьбе, передвижке мебели, в результате урона отдельных вещей и т.д. Для защиты от него в конструкцию пола укладывают звукоизолирующие прокладки н-р под паркет, лаги и т.д. звукопроводность перекрытий понижается с применением слоистых конструкций из материалов разных по объемному весу и плотности.

Ограждающие конструкции разделяются на акустически однородные и неоднородные.

К однородным относят одно, 2х и более слойные из жестких материалов, жестко связанных между собой, конструкции с круглыми пустотами и др. Неоднородные называют ограждения, отдельные слои, которые совершают изгибательные колебания, отличающие по амплитуде или фазе, конструкции из 2х и более слоев, разделенные воздушной прослойкой или звукоизоляционными материалами.

Строительная акустика

Строительная акустика —  это наука, изучающая приемы и правила устройства оптимальной слышимости в помещениях массового использования.

Основной показатель, характеризующий акустические качества помещений называется реверберация, т.е. наличие отзвука или достаточного звучания в помещении. Это явление происходит в результате многократного отражения звуковой волны от пола, потолка, стен. Слишком продолжительная реверберация делает помещение гулким, слишком короткая глухим. Показатели отражения волны зависят от материала (плотности) пола, стены, потолка, размеров помещения и т.д.