Виды архитектурного проектирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основы строительной физики

Для защиты помещений от внешних воздействий служат ограждающие конструкции зданий. Влияние  указанных воздействий на ограждения и человека, находящегося в помещении, является предметом изучения строительной физики.

Строительная физика состоит  из трех основных разделов:

• строительной теплотехники;
• строительной акустики;
• светотехники.

Строительная  теплотехника

Этот раздел рассматривает  теплозащитные и санитарно-гигиенические  качества ограждающих конструкций  здания.

Вопросы строительной теплотехники всегда рассматриваются в сочетании  с данными строительной климатологии (наука, изучающая условия климатического режима для различных географических районов).

Проектирование ограждающих  конструкций зданий должно производиться  с учетом:

• достаточных теплозащитных свойств для защиты помещений от охлаждения зимой и от перегрева летом;
• ограниченной воздухонепроницаемости для защиты помещений от излишнего воздухообмена;
• влагозащитных свойств конструкций;
• достаточно высокой температуры внутренней поверхности для предупреждения появления на ней конденсатной влаги;
• сохранения нормального влажностного режима конструкции и предотвращения ее увлажнения, которое может снизить как теплозащитные свойства, так и долговечность этой конструкции;

 

Теплопередача через ограждения, т.е. перенос теплоты от одной  более нагретой газообразной среды  к другой через разделяющую их твердую преграду, определяют по формуле:

 

Q=α (τ_в-τ_н)At  (1)

где Q – количество тепла, проходящего через ограждения;

       α – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*⁰C);

       τ_в, τ_н – температура соотношения внутренней и наружной стороны ограждения, ⁰C;

       A – площадь ограждения, м²;

       t – время, с;

       α – коэффициент теплопередачи характеризирует количество теплоты (Дж), которое проходит в течение 1с: через 1 м² ограждения при разности температур внутреннего и наружного воздуха в 1⁰C.

 

При расчете теплозащитных  свойств ограждающих конструкций  обычно рассматривают не саму теплопередачу, а сопротивление теплопередачи и пользуются обратной величиной – сопротивлением теплопередаче:

 

R₀=1/α                                   (2)

 

Сопротивление теплопередаче  может быть интерпретировано как:

разница температур внутреннего  и наружного воздуха, требуемая для передачи через 1 м² ограждения теплового потока в 1Вт.

Какова структура сопротивления теплопередач R_0.

Процесс перехода теплоты через ограждающую конструкцию состоит из трех этапов:

1. Тепловосприятия с внутренней стороны (со стороны более нагретого воздуха)
2. Теплопроницания через ограждения
3. Теплоотдача с наружной стороны (со стороны более холодного воздуха)

 

На каждом этапе тепловому  потоку приходится преодолевать соответствующие  термические сопротивления из которых складывается величина R_0:

 

1. R₀=1/α_в + R_i + 1/α_н         (3)

(для однородного или  однослойного ограждения)

2. R₀=1/α_в + ΣR_i + 1/α_н         (4)

 

R_i=δ_i/λ_i – термическое сопротивление i-го слоя;

(δi-толщина i-го слоя материала и слойного ограждения; нумерация слоев от внутренней поверхности)

 

λ_i – расчетный коэффициент теплопроводности, Вт/м*⁰C;

 

α_н – коэффициент конвективной теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/м²*⁰C;

 

α_в – коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждения, Вт/м²*⁰C;

 

При наличии внутри многослойного  ограждения замкнутых воздушных прослоек вводят дополнительно термические сопротивления отдельных воздушных прослоек R_в.н..

 

Основные принципы конструирования  ограждающих конструкций, вытекающие из технологических требований, заключаются  в следующем:

 

 

• при проверке сопротивления теплопередаче уже существующей конструкции определяют R₀ по вышеприведенным формулам. R₀ должна быть не меньше требуемого по санитарно-гигиеническим условиям значения R₀^тр, зависящего от назначения помещения, его температурно-влажностного режима, вида ограждения, а также местных климатических условий:

 

R₀^тр=n(t_в-t_н)*R_в/Δt=n(t_в-t_н)/(Δt^н* α_в) (5)

 

где n – коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху (n=1 для наружных стен);

t_в – расчетная температура внутреннего воздуха, ⁰C;

t_н – расчетная температура наружного воздуха, ⁰C;

α_в – коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждения, Вт/м²*⁰C;

 

• при проектировании новых конструкций, задаются сопротивлениям теплопередаче, равным R₀^эк – экономически целесообразному сопротивлению теплопередаче (по минимуму приведенных затрат), но не менее требуемого сопротивления теплопередаче R₀^тр по санитарно-гигиеническим условиям.

Выше всюду предполагалось, что тепловой поток является стационарным – неизменным во времени.

В действительности: вследствие колебаний температур внутреннего  и наружного воздуха тепловой поток будет непрерывным во времени. Поэтому к ограждающим конструкциям предъявляются некоторые дополнительные теплотехнические требования, состоящие  в необходимости обеспечить минимум  колебаний температуры на внутренней поверхности ограждения.

Это важно как для поддержания  комфортных условий в помещении, так и для предотвращения выделения  конденсационной влаги на внутренней поверхности ограждающей конструкции.

Свойство ограждения обеспечивать относительное постоянство температуры  на внутренней поверхности при изменениях величины теплового потока через  ограждения называют теплоустойчивостью.

Важной величиной, во многом определяющей теплоустойчивость ограждения, является его тепловая инерция D, характеризующая свойство конструкции сохранять или медленно изменять распределение температур внутри конструкции. Тепловая инерция – величина безразмерная.

Для однородного (однослойного) ограждения (принимая i=1)

D= R_i*S_i              (6)

Для многослойного ограждения D= ΣR_i*S_i                             (7)

R_i – термическое сопротивление i-го слоя материала n – слойного ограждения, м²*⁰C/Вт;

S_i – коэффициент теплоусвоения материала i – го слоя, Вт/(м²*⁰C); (характеризует свойство поверхности материала воспринимать теплоту при колебаниях теплового потока; зависит от удельной теплоемкости материала, его плотности и весовой влажности)

Для конструкции:

• малой инерционности D>1,5 (до 4)
• средней инерционности D>4 (до 7)
• безынерционных D<1,5
• большой инерционности D>7,0