Полная версия

Главная arrow Строительство arrow ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ. АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Физико-технические основы проектирования ограждающих конструкций

Проектирование зданий как искусственной среды жизнедеятельности человека должно обеспечивать такое состояние среды, которое воспринимается как комфортное. Это касается необходимого уровня тепло-, гидро-, звукоизоляции помещений, параметров воздушной среды, светового комфорта и т.д. При невыполнении хотя бы одного из требований состояние искусственной среды в здании может восприниматься человеком как дискомфортное.

Одним из наиболее важных элементов искусственной среды в здании является микроклимат, т.е. состояние воздушной среды по параметрам температуры, влажности, скорости движения воздуха и его чистоты. Оптимальный микроклимат обеспечивается комплексом мер, включающих: расположение здания в застройке и ориентация его по сторонам света, выбор объемно-планировочных и конструктивных решений в соответствии с природно-климатическими условиями региона строительства, выбор параметров технических систем здания (отопления, вентиляции, кондиционирования).

Определение параметров природно-климатических условий строительства производится на основании СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Актуализированная редакция СНиП 23—01—99* «Строительная климатология».

Одной из наиболее важных задач обеспечения оптимального микроклимата здания является определение параметров ограждающих конструкций. Ограждающие конструкции здания при этом рассматриваются как открытая система, которая обменивается с внешней средой энергией путем теплообмена и веществами путем влаго- и воздухообмена.

При проектировании зданий решают следующие теплотехнические задачи.

  • 1. Обеспечение необходимой теплозащитной способности наружных конструкций.
  • 2. Обеспечение на внутренней поверхности ограждающих конструкций температур, незначительно отличающихся от температуры воздуха в помещениях (во избежание выпадения на поверхности конденсата).
  • 3. Обеспечение теплоустойчивости ограждения.
  • 4. Создание осушающего влажностного режима наружных ограждений.
  • 5. Ограничение воздухопроницаемости ограждающих конструкций.

Данные задачи решаются методами строительной теплотехники, которая базируется на теории теплообменных и массообменных процессов.

В целях упрощения расчета параметры наружной среды здания определяются на конкретный (расчетный) период, чаще всего — наиболее неблагоприятный для обеспечения оптимального микроклимата здания. Например, теплотехнический расчет ограждающих конструкций производится для отапливаемых помещений на зимние условия, когда тепловой поток направлен из помещения в наружную среду. Ограждающие конструкции рассматриваются как плоские стены, разделяющие воздушную среду с различными параметрами температуры и влажности. Ограждающие конструкции могут рассматриваться однородными (например, сплошная кирпичная стена) или слоистыми (например, сэндвич-панель, состоящая из различных материалов).

Основной характеристикой материалов, определяющей их теплозащитную способность, является коэффициент теплопроводности X. Численно он равен количеству тепла в джоулях, проходящего за 1 ч через 1 м2 площади при толщине материала 1 м при разнице температур в 1°С. Чем меньшим коэффициентом теплопроводности обладает материал, тем выше его теплозащитные свойства и тем меньшей будет толщина стены из этого материала. Например, у меди коэффициент теплопроводности составляет 407 Вт/(м2 • °С), а у пенопласта — 0,04 Вт/(м2-°С). Теплопроводность материала зависит, в первую очередь, от его структуры — плотности и пористости. В пористых материалах в большом количестве присутствует воздух, который является отличным теплоизолятором. Однако существенным недостатком пористых материалов является их низкая прочность. Таким образом, с учетом вышеизложенных факторов, в ограждающих стенах находят широкое применение многослойные конструкции, состоящие из материалов, имеющих высокую прочность, и материалов, имеющих низкую теплопроводность.

Распределение температур в однородных ограждающих конструкциях можно представить в виде следующей модели (рис. 9.8).

Распределение температур в однородной ограждающей конструкции

Рис. 9.8. Распределение температур в однородной ограждающей конструкции

Нормативными (заданными) параметрами микроклимата в здании является температура воздуха в помещении tB (например, +18 °С) и температура внутренней поверхности стены тв. Нормативными (заданными) параметрами наружной среды являются наружная температура воздуха t„ (например, -26°Сдля Санкт-Петербурга) и температура наружной поверхности стены тн. При переходе тепла Q через наружное ограждение в материале изменяется температура от тв до т„. Для поддержания этого перепада температур в заданных значениях ограждающая конструкция должна иметь соответствующие теплоизолирующие свойства.

Такой характеристикой, определяющей теплоизолирующие свойства ограждающих конструкций, является сопротивление теплопередаче:

где R — сопротивление теплопередаче, м2-°С/Вт; б — толщина ограждения, м; А — коэффициент теплопроводности материала ограждения, Вт/(м2-°СА Таким образом, при задании нормативного значения сопротивления теплопередаче, исходя из параметров микроклимата здания и наружной среды, задача сводится к определению толщины конструкции б из материала, обладающего коэффициентом теплопроводности А. При неоднородной ограждающей конструкции ее сопротивление теплопередаче определяют по формуле

где 8, — толщина слоя ограждения г, м; А; — коэффициент теплопроводности материала слоя ограждения г, Вт/ (м2-°С); п — число слоев материала.

Для ограждающих конструкций различных зданий, исходя из опыта проектирования и эксплуатации, предъявляются разные требования к минимальному значению сопротивления теплопередаче, представленные в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Требования к минимальным величинам приведенного сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций зданий различного назначения[1]

Здания и помещения

Градусо- сутки отопи- тельного периода, °С х

х сут/год

Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче ((м2-°С)/Вт) ограждающих конструкций

стен

покрытий и перекрытий над проездами

перекрытий чердачных над неотапливаемыми подпольями и подвалами

окон и балконных дверей, витрин и витражей

фонарей

Жилые, лечебно- профилактические и детские учрежде- ния, школы, интер- наты, гостиницы и общежития

2000

2,1

3,2

2,8

0,3

0,3

4000

2,8

4,2

3,7

0,45

0,35

6000

3,5

5,2

4,6

0,6

0,4

8000

4,2

6,2

5,5

0,7

0,45

10000

4,9

7,2

6,4

0,75

0,5

12000

5,6

8,2

7,3

0,8

0,55

Общественные, кроме указанных выше, администра- тивные и бытовые, производствен и ые и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимом

2000

1,8

2,4

2,0

0,3

0,3

4000

2,4

3,2

2,7

0,4

0,35

6000

3,0

4,0

3,4

0,5

0,4

8000

3,6

4,8

4,1

0,6

0,45

10000

4,2

5,6

4,8

0,7

0,5

12000

4,8

6,4

5,5

0,8

0,55

Производственные помещения с сухим и нормальным режимами

2000

1,4

2,0

1,4

0,25

0,2

4000

1,8

2,5

1,8

0,3

0,25

6000

2,2

3,0

2,2

0,35

0,3

8000

2,6

3,5

2,6

0,4

0,35

10000

3,0

4,0

3,0

0,45

0,4

12000

3,4

4,5

3,4

0,5

0,45

Еще одним важным параметром ограждающих конструкций здания является сопротивление воздухопроницанию. Под влиянием разности давления между наружным воздухом и внутренним объемом здания, вызванной тепловым напором или ветром, через ограждающие конструкции происходит фильтрация воздуха. Для обеспечения благоприятного микроклимата в здании особенно нежелательна фильтрация наружного воздуха через ограждающие конструкции в зимнее время. Для предотвращения этого явления к ограждающим конструкциям предъявляются минимальные требования но воздухопроницанию. Эти требования задаются минимальным значением сопротивления воздухопроницанию (м2-ч• (Па/кг)) или обратным ему значением — воздухопроницаемости ограждения GH (Па/кг/(м2-ч)). Так значение GH для наружных стен и покрытий гражданских зданий составляет 0,5; для окон и балконных дверей в деревянных переплетах — 6,0.

Влажностный режим наружных ограждающих конструкций также имеет большое значение. Увлажнение конструкций снижает их теплозащитные свойства и долговечность из-за разрушения увлажненного материала при многочисленных циклах замораживания и оттаивания. В связи с этим необходимо ограничивать предельное влагосодержаиие конструкций здания. Влагосодержание конструкций может увеличиваться в процессе эксплуатации здания под воздействием атмосферной влаги (дождь, мокрый снег, иней); грунтовой влаги, поднимающейся снизу за счет капиллярного эффекта при нарушении гидроизоляции между подземными и надземными конструкциями; конденсата, выпадающего из воздуха при большой разнице температур между окружающим воздухом и конструкцией здания. Как показывает практика, именно выпадение конденсата из воздуха является наиболее частой причиной переувлажнения строительных конструкций.

Причиной подобного явления может являться повышенная влажность воздуха внутри помещения, с одной стороны, и большой перепад температур между воздухом внутри помещения tB и температурой внутренней поверхности стены тв, с другой. Наибольших значений эта разница может достигать в местах стыка двух наружных стен и наружного перекрытия (наружных углах здания). Для предотвращения этих явлений применяют следующие меры: обеспечение достаточной естественной вентиляции помещений здания с целью снижения влажности внутреннего воздуха, дополнительного утепления углов здания, размещения в углах здания дополнительных элементов обогрева (например, отопительных приборов или стояков системы отопления).

Инсоляция представляет собой облучение прямыми солнечными лучами здания, помещений и территорий, оказывающее световое, ультрафиолетовое и тепловое (радиационное) воздействие.

Кроме создания оптимального микроклимата в здании большое значение имеет инсоляция. Световое и ультрафиолетовое облучение оказывают укрепляющее психофизиологическое воздействие на человека и бактерицидное — на микроорганизмы в помещениях здания, частью унижтожая, а частью снижая их живучесть. Однако в некоторых случаях инсоляция должна быть ограничена, так как она может оказывать и отрицательное воздействие — например, но технологическим причинам или вследствие жаркого климата.

Учет особенностей инсоляции помещений производится за счет соответствующей ориентации здания по сторонам света, выбором объемно-планировочных решений и размещения оконных проемов.

В северных районах с коротким световым днем и слабой инсоляцией стараются таким образом сочетать вышеуказанные факторы, чтобы оконные проемы в жилых помещениях хотя бы одним оконным проемом выходили на юго-восточный, южный или юго-западный фасады, а также используют выступающие и ломаные элементы фасада, например эркеры. В южных широтах для исключения избыточной инсоляции также применяют ломаные линии фасадов и различного рода защитные экраны (рис. 9.9).

Варианты фасадов со стационарными солнцезащитными устройствами

Рис. 9.9. Варианты фасадов со стационарными солнцезащитными устройствами

Шумом являются все звуки, воспринимаемые органами слуха и оказывающие на человека нежелательное физиологическое и психологическое воздействие в любых видах жизнедеятельности (например, сон или работа).

Еще одной функцией внутренних и наружных ограждающих конструкций является защита от шума. Источники шума могут находиться внутри помещения (техническое и технологическое оборудование, музыка и пр.) и вне здания, так называемый проникающий шум (например, движение транспорта). Передача шума в пространстве осуществляется через звуковые колебания по воздуху и в строительных конструкциях. Основными способами защиты от шума являются звукопоглощение и звукоизоляция.

Звукопоглощение достигается за счет многократного отражения звуковых волн со снижением интенсивности шума за счет поглощения энергии при каждом отражении звуковой волны. Примером подобных конструкций являются конструкции с высоким уровнем звукопоглощения, применяемые в подвесных потолках общественных здания.

Основным способом, позволяющим увеличить звукоизоляцию конструкций, является применение слоистых конструкций, как в вертикальных ограждающих конструкциях (наружных стенах), так и в перекрытиях и покрытиях зданий. Кроме того, существенно снизить воздействие шума на внутренние помещения здания можно за счет грамотного выбора объемно-планировочного решения. Проектирование звуковой изоляции должно обязательно сопровождаться соответствующим акустическим расчетом ограждающих конструкций.

  • [1] СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Актуализированная редакция СНиП23-02-2003. Таблица 3.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>