Понятие о строительной климатологии

Учебно-методический комплекс:

одобрен на 2011/2012 учебный год. Протокол № 11 заседания кафедры

от “18” 08. 2011 г.

Зав. кафедрой В. В. Горяинов

одобрен на 2012/2013 учебный год. Протокол № 11 заседания кафедры

от “25” 08. 2012 г.

одобрен на 2013/2014 учебный год. Протокол № 5 заседания кафедры

от “16” 01. 2013 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Горно-строительный факультет

Кафедра Городское строительство и архитектура

ЖИДКОВ А.Е.

Доцент кафедры ГСиА, к.т.н.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

СТРОИТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА

Направление подготовки: 270800 - Строительство

Профили подготовки: Промышленное и гражданское строительство

Городское строительство и хозяйство

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

Тула, 2012

Конспект лекций разработан:

К.т.н., доцентом кафедры ГСиА А.Е. Жидковым,

рассмотрен и обсужден на заседании кафедры

«Городское строительство и архитектура»

горно-строительного факультета.

Протокол №___ от "___"____________ 20___ г.

Зав. кафедрой, проф. ________________В.В. Соколовский

Конспект лекций пересмотрен:

К.т.н., доцентом кафедры ГСиА А.Е. Жидковым,

и обсужден на заседании кафедры

«Городское строительство и архитектура»

горно-строительного факультета.

Протокол №___ от "___"____________ 20___ г.

Зав. кафедрой, проф. ________________В.В. Соколовский

СОДЕРЖАНИЕ

1. Предмет строительной физики…………………………………………..5

2. Понятие о строительной климатологии………………………..………..5

3. Нормирование микроклимата помещений…………………….………..8

4. Теплопередача в ограждающих конструкциях…………………………10

4.1. Стационарные условия теплопередачи (одномерный тепловой поток). Теплопроводность материалов. Сопротивление теплопередаче………………………………………………………………..…..11

4.2. Нормирование сопротивления теплопередаче………………………12

4.3. Проектирование однородных ограждающих конструкций исходя из нормативного сопротивления теплопередаче.

4.4. Особенности теплотехнического расчета неоднородных ограждающих конструкций……………………………………………..………15

4.5. Приближенная методика расчета сопротивления теплопередаче неоднородной ограждающей конструкции.

4.6. Определение температуры внутри ограждения и на его внутренней поверхности………………………………………………………………………16

4.7. Теплопередача в нестационарных условиях…………………….…..18

4.8. Теплоусвоение и тепловая инерция ограждения………………..…..19

4.9. Теплоустойчивость ограждающих конструкций……………...…..20

5. Теплоусвоение полов…………………………………………….……….21

6. Воздухопроницаемость ограждений……………………………….……23

7. Влажностный режим ограждающих конструкций……………….……..23

7.1. Причины появления влаги в конструкциях…………………….……23

7.2. Характеристики влажности воздуха. Температура точки росы……………………………………………………………………………….24

7.3. Определение возможности образования конденсата на внутренней поверхности ограждения.

7.4. Диффузия водяного пара через ограждение……………...………….25

7.5. Образование конденсата внутри ограждения. Нормирование и расчет сопротивления паропроницанию. Рекомендации по расположению слоев в ОК.

8. Резюме и некоторые рекомендации по разделу строительной теплотехники……………………………………………………………………..26

9. Строительная светотехника…………………………………….………..28

9.1. Задачи строительной светотехники. Оптимальный световой режим……………………………………………………………………………..28

9.2. Естественная освещенность. Основные понятия и законы…………29

9.3. Нормирование естественной освещенности…………….…………..29

9.4. Совмещенное освещение………………………………………….…..32

9.5. Проектирование естественной освещенности.

9.6. Проверка условий естественной освещенности помещения на основе натурных измерений.

9.7. Инсоляция помещений и территорий. Значение и нормирование…………………………………………………...………………..33

9.8. Построение инсоляционного графика для дней равноденствия.

9.9. Определение продолжительности инсоляции помещений и территорий.

9.10 Вредные последствия избыточной инсоляции и их предотвращение……………………………………………………...............…..36

10. Защита от шума

10.1. Распространение звука. Основные понятия и характеристики…………………………………….…………………………….36

10.2. Источники и виды шумов. ……………………….…………….…….44

10.3. Нормирование шума в помещениях и на территориях………….….45

10.4. Методы защиты от шума…………………………………….……..…49

10.5. Характеристики звукоизоляции ограждающих конструкций, их нормирование и расчет.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………….……….…..51

1. Предмет строительной физики

Нельзя понимать под архитектурной наукой лишь красоту и изящество форм, пропорций и линий, искусствоведческие изыскания о закономерностях композиционных соотношений, споры о тектонической сущности форм и историю создания архитектурных шедевров, которые и стали таковыми именно потому, что создатели их понимали: выразительность архитектуры зависит от природных параметров среды.

Эксплуатационные качества зданий и отдельных помещений определяются не только их размерами, качеством отделки и т.п. Важным фактором является степень защищенности от внешних воздействий, таких как холод или излишнее тепло, атмосферные осадки, шум. Помещения должны подвергаться (или не подвергаться) определенное время воздействию прямых солнечных лучей, иметь достаточную освещенность, благоприятный акустический климат. Правильный учет этих факторов обеспечивает такое состояние искусственной среды жизнедеятельности, которое воспринимается человеком как комфортное.
Эти вопросы рассматривает строительная физика, включающая несколько направлений. Основными из них являются строительная теплотехника (теплопередача в ограждающих конструкциях, их паро- и воздухопроницаемость, температурно-влажностный режим помещений), строительная светотехника (естественное и искусственное освещение помещений, инсоляция и солнечная радиация), строительная акустика (звукоизоляция и акустика помещений). Знание этих вопросов позволяет архитектору правильно выбрать тип ограждающей конструкции, количество и величину проемов, ориентацию здания по сторонам света, форму зрительного зала, предусмотреть мероприятия по защите от шума и т.д.

Понятие о строительной климатологии

v Для территории России характерно разнообразие природно-климатических условий. Вся территория бывшего СССР для строительства делится на 4 климатических района (I – IV), каждый из которых имеет несколько подрайонов. Их общие характеристики приводятся в СНиП 2.01.01‑82 «Строительная климатология и геофизика», а также в СНиП 2.01.07‑85 «Нагрузки и воздействия».
Наиболее суровые климатические условия в I районе (70 % территории СССР – север и северо-восток Сибири и европейской части страны, Урал, материковые территории и прибрежные части Ледовитого океана и северных морей). Характеризуется длительным холодным периодом (7-9 месяцев в году) с низкими температурами (до –50, –60°С), сильными ветрами в прибрежных подрайонах, снежными метелями, длительной полярной ночью (севернее Полярного круга), вечной мерзлотой грунтов. Это определяет «закрытый» жизненный режим населения с более продолжительным, чем в других районах, пребыванием в помещениях, большую степень изоляции зданий от воздействий внешней среды.

v II и III климатические районы (средняя полоса) характеризуются умеренным климатом с примерно равными холодным и теплым периодами с умеренными положительными и отрицательными температурами и другими климатическими показателями. Это районы наиболее населенной части страны. Жизненный режим здесь более «открытый». Взрослое население и дети во все времена года могут длительное время находиться вне зданий.
Южные районы (IV и частично III) характеризуются продолжительным теплым периодом (до 9 месяцев в году), высокими положительными летними температурами и различными особенностями микроклиматов подрайонов: приморских, жарких степных и полупустынных территорий с песчаными бурями, влажных и жарких субтропиков, горных и т.д. Здесь население широко использует различные летние помещения, дворы. Для зданий существенна защита от перегрева солнечной радиацией, резких суточных изменений температуры, излишней влажности и др.
Наиболее важными составляющими климата, которые необходимо знать, прежде чем приступать к проектированию, являются данные о следующих природно-климатических факторах:

v Прямая и рассеянная солнечная радиация – основными факторами являются бактерицидное и температурное воздействия. Эти данные учитываются:

при выборе расположения и ориентации здания на участке, позволяя определять продолжительность и интенсивность инсоляции помещений в различное время года, а также степень инсоляции прилегающих территорий;

при расчете стен и покрытий зданий на теплоустойчивость в жаркие летние месяцы;

при выборе архитектурно-планировочных и конструктивных солнцезащитных мер, устраняющих перегрев помещений в летние месяцы;

при выборе систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

v Ультрафиолетовая радиация – основным фактором является бактерицидное воздействие. Учитывается:

при проектировании фотариев – помещений, в которых создаются кратковременные источники ультрафиолета, что необходимо в северной зоне и при длительном пребывании людей в помещениях с недостаточным естественным освещением;

при выборе конструкций окон и фонарей, при расчетах природной ультрафиолетовой облученности, проникающей в помещения лечебных зданий, детских учреждений и др.;

при выборе облицовки фасадов и отделки интерьеров, повышающих насыщенность помещений прямой, рассеянной и отраженной ультрафиолетовой радиацией.

v Естественная наружная освещенность – учитывается:

при выборе типов, размеров и расположения окон и фонарей в соответствии с требованиями главы СНиП «Естественное и искусственное освещение»;

при определении времени использования естественного освещения в помещениях, что позволяет в некоторых случаях мотивировать отказ от естественного света (зрительный зал, подсобное помещение);

при выборе рода освещения (естественное, искусственное или совмещенное), проектировании установок искусственного света (имитация естественного освещения по яркости и спектру).

v Температура и влажность наружного воздуха. Данные об их годовой динамике используются:

при выборе объемно-планировочного решения здания (в холодных районах предпочтительна более компактная планировка и застройка);

при выборе и расчете элементов ограждающих конструкций (стен, покрытий, заполнения проемов) по теплотехническим требованиям;

при расчете систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха;

при прочностном расчете конструкций на температурные воздействия.

v Господствующее направление, скорость и давление ветра учитываются:

при расположении здания на участке для устранения интенсивного охлаждения помещений за счет воздухопроницаемости стен и окон;

при определении конструкции и расположения окон и фонарей, обладающих обычно повышенной воздухопроницаемостью;

при расчете аэрации помещений и территорий;

при прочностных расчетах конструкций зданий.

Скорость ветра определяется как горизонтальная составляющая осредненной скорости воздушного потока на высоте 10-15 м от земли. При проектировании высотных сооружений следует учитывать увеличение скорости ветра по высоте.

Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда перемещается воздушный поток.

Средняя скорость ветра по направлениям горизонта и повторяемость направлений ветра в (%) – основные характеристики ветра на территории застройки. В процессе проектирования часто пользуются графическим изображением характеристик ветра в виде специальной диаграммы – «розы ветров», на которой приводятся данные о повторяемости и скорости ветра на данной местности за определенный период.

v Количество осадков в летнее и зимнее время года. Эти данные необходимы:

при проектировании расположения здания на участке, с целью устранения большого снегообразования на территории и крыше;

при выборе формы и расположения фонарей, не способствующих задерживанию снега на крыше;

при проектировании карнизов и водостоков для быстрого удаления ливневых и талых вод;

при разработке способов удаления снега с крыши;

при выборе облицовки фасада здания, заполнения проемов с учетом их водостойкости (в Дальневосточном Приморье количество осадков, выпадающих на вертикальные поверхности, может в 3 раза превышать выпадение на горизонтальные поверхности – «косые» дожди);

при прочностных расчетах конструкций. Плотность снега (140-360 кг/м3) зависит от высоты снежного покрова, продолжительности его залегания, скорости ветра, температуры воздуха. Существенно увеличивают плотность временные периоды с положительными температурами воздуха.

Данные об основных климатических факторах определяются путем обработки многолетних измерений метеостанций на основе методов математической статистики.