Глава 7. Физико-технические основы проектирования зданий и их ограждающих конструкций

Проектирование зданий как искусственной среды жизнедеятельности должно обеспечивать такое состояние среды, которое воспринимается человеком как комфорт­ное. Забота о создании комфортной среды проявляется на всех этапах проектирования. Этому способствуют правильное решение рассмотренных выше архитектурных задач по назначению размеров помещений, их пропорций, размеров проемов, связи с окружа­ющей средой, а также целесообразный выбор конструкций и инженерного оборудова­ния, Только при правильном решении технических задач могут быть обеспечены необ­ходимый уровень тепло-, звуко-, гидроизоляции помещений, оптимальные параметры воздушной среды, световой комфорт и пр. Значимость этих факторов различна, но до­статочно несоблюдения хотя бы одного из них (например, звукоизоляции), чтобы ком­фортное состояние среды превратилось в дискомфортное. В связи с этим комфорт вну­тренней среды определяется как совокупность оптимальных уровней всех ее характери­стик, не вызывающих чрезмерного напряжения высших регуляторных механизмов ор­ганизма человека.

7.1. Элементы строительной теплотехники

Оптимальный микроклимат, т. е. оптимальное состояние воздушной среды поме­щений по параметрам температуры, влажности, скорости движения воздуха и его чис­тоты, обеспечивается комплексом мер: расположением здания в застройке, его объемно — планировочным решением в соответствии с природно-климатическими условиями строительства, избранной системой искусственной климатизации помещений (отопле­ния, вентиляции, кондиционирования внутреннего воздуха) и выбором наружных ог­раждающих конструкций, обеспечивающихся необходимую теплозащиту помещений.

Взаимосвязь объемно-планировочных решений с природно-климатическими ус­ловиями строительства в типовом проектировании базируется на рекомендованном СНиП 11-23-01-99 «Строительная климатология» климатологическом районировании (см. гл.1)

Задача выбора наружных ограждающих конструкций решается методами строи­тельной теплотехники, которая базируется на общей теории теплообменных и массо — обменных процессов. При этом наружные ограждающие конструкции зданий рассмат­риваются в термодинамическом процессе как открытые системы, которые обменива­ются с внешней средой энергией путем теплообмена и веществами путем влаго — и воз­духообмена.

При проектировании зданий в первую очередь решают следующие теплотехниче­ские задачи:

Обеспечение необходимой теплозащитной способности наружных ограждений; обеспечение на внутренней поверхности ограждения температур, незначительно от­личающихся от температуры воздуха в помещении, во избежание выпадения на этой поверхности конденсата; обеспечение теплоустойчивости ограждения;

Создание осушающего влажностного режима наружных ограждений в эксплуатации; ограничение воздухопроницаемости наружных ограждений.

Теплотехнический расчет наружного ограждения в большинстве случаев осуще­ствляется для условий установившегося во времени (стационарного) процесса тепло — и массообмена. Эти условия в целях упрощения расчетов идеализируют природные процессы, в которых вследствие изменчивости параметров наружной среды (температу­ры и влажности воздуха) обменные процессы нестационарны. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций производится для отапливаемых помещений на зимние ус­ловия, когда тепловой поток направлен из помещений в наружную среду. Наружное ог­раждение рассчитывается как плоская стенка, разделяющая воздушные среды с различ­ной температурой и влажностью, ограниченная параллельными поверхностями, и пер­пендикулярная тепловому потоку. Ограждение считается однородным, если оно выпол­нено из одного материала, и слоистым, если состоит из нескольких материалов, распо­ложенных параллельно внешним плоскостям ограждения.

В стационарных условиях теплопередачи количество теплоты в Дж — 0, проходя­щего через ограждение, составляет

= (7.1.)

Где гн и т„ — температуры внутренней и наружной (теплой и холодной) поверх­ности ограждения в °С; Я — коэффициент теплопроводности материала ограждения, Вт/ (м°С); 5 — толщина ограждения, м; Р— площадь ограждения, м2; Z— время пе­редачи тепла, ч.

Из уравнения (7.1)

Л — ^ тг.-хиу

При значениях <5, Р, 7 и (г„ — г„), равных единице, А = т. е. коэффициент тепло­проводности материала ограждения равен количеству тепла в Дж, проходящего за 1ч че­рез 1м2 стенки толщиной в 1м, выполненной из рассматриваемого материала, при разни­це температур на ее поверхностях в 1°С. Значения коэффициентов теплопроводности ма­териалов колеблются в очень широких пределах от 407Вт/(м°С) у меди до 0,04 Вт/(м°С) у пенопластов. Различия величин коэффициентов теплопроводности являются следст­вием различий в структуре материалов и, в первую очередь, их плотности у (кг/м3). Чем она больше, тем выше теплопроводность материала. Чем меньше плотность материала, тем больший объем занимают поры, заполненные малотеплопроводным воздухом, и тем меньше теплопроводность. Помимо пористости на величину теплопроводности матери­ала влияет и его влажность. Чем больше воздуха в порах материала вытесняется водой, имеющей в 25 раз большую теплопроводность, тем выше становится теплопроводность материала. Влагосодержание материалов характеризуется весовой влажностью со и из­меряется отношением (в %) количества влаги, содержащейся в увлажненном пористом материале, к массе сухого, высушенного до постоянного веса материала:

Со=Р^Рсух 100 > (7.2.)

Р

Сух

Где Рт и Рсух — соответственно массы влажного и сухого материала.

На величину весовой влажности влияют климатические условия, расположение материала в различных слоях ограждения, и влажностный режим эксплуатируемого по­мещения. Из опыта строительства и исследований известны средние значения весовой влажности материала в сухих и нормальных условиях эксплуатации и значения X для 100 соответствующих значений со. В связи с тем, что начальное влаго соде ржание материа­лов и конструкций оказывает большое влияние на эксплуатационные качества огражде­ний, ГОСТы на материалы и конструкции регламентируют предельно допустимые его величины, проектное решение предусматривает взаимное расположение слоев конст­рукций, исключающее накопление в их толще конденсата, а нормативы изготовления изделий предусматривают способы сокращения их технологического переувлажнения при формовании.

Определение сопротивления теплопередаче ограждения. При определении теплозащитной способности наружных ограждений практический интерес представля­ет не теплопроводность составляющих ее слоев, а обратная ей величина Я — термиче­ское сопротивление, которое соответственно для однослойных и слоистных конструк­ций составляет:

П 51

(7.3, а)

; (7.3)

К—

К

Л К


Рис. 7.1. Распределение температур в однослойном наружном ограждении при стационарном тепловом потоке

При переходе тепла через наружное ограждение изменяется температура в мате­риале ограждения и на его поверхностях и одновременно понижается температура воз­духа в прилежащих к ограждению зонах (рис. 7.1). Такое падение температуры свиде­тельствует о наличии дополнительных термических сопротивлений переходу тепла от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения и от наружной поверхности ограждения к наружному воздуху. Эти сопротивления теплоотдаче обозначают Ка и /?„.

Иногда в теплотехнических расчетах используют обратные величины — коэф­фициенты теплоотдачи внутренних и наружных поверхностей конструкции — а„ и сг„, равные:

А, = ¦

А., =-

(7.4.)

(7.5.)

_1_

Я

_1_ /г..

При теплотехнических расчетах наружных ограждающих конструкциях отапли­ваемых зданий. Их величины принимают: а„ = 8,7 Вт/(м°С) и ан = 23 Вт/(м°С), соответ­ственно общие величины сопротивления теплопередаче одно-и многослойного ограж­дений составят:

Р 1 5 1

Ло = —+7 + —.

1 <5| 8г 8„ ‘ Я0 = — Н—-Н——-I—— 1—— Н

(7.6.) (7.7.)

Ав \ \ К а„


В ряде случаев для повышения сопротивления теплопередаче в конструкциях пре­дусматривают воздушные прослойки. Экспериментально установленное термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек Rgn при их толщине от 10 до 150 мм со­ставляет 0,13 — 0,18 м2 °С/Вт для вертикальных и горизонтальных (при потоке тепла снизу вверх), а для горизонтальных прослоек при потоке тепла сверху вниз — 0,14 — 0,24 м2 °С/Вт, В связи с тем что теплопередача в прослойках осуществляется преиму­щественно за счет конвекции и излучения, термическое сопротивление прослоек во мно­го раз ниже термического сопротивления неподвижного воздуха. Влияние воздушных прослоек учитывается при определении общего сопротивления ограждения теплопере­даче R0 введением слагаемого Re „ Для повышения эффективности прослойки вдвое при­меняют облицовку более теплой ограждающей поверхности отражающими материалами (например, алюминиевой фольгой), которая уменьшает передачу тепла излучением.

Определение требуемого сопротивления теплопередаче ограждения. Величина сопротивления теплопередаче запроектированной конструкции должна быть не менее величины требуемого по климатическим и гигиеническим условиям сопротивления R™p. Величина R’"p определяется из следующего условия. При установившемся потоке тепла величина входящего в ограждение потока равна величине выходящего. Поток тепла, проходящий через единицу площади внутренней поверхности за единицу време­ни, составляет

(7.8)

Где tB — температура внутреннего воздуха; а г, — температура внутренней по­верхности ограждения,

И равен потоку тепла через ограждение в целом

-т. _ t, — t„ К к

Где tH — температура наружного воздуха.

Из этого равенства следует, что

R=LLZ±R (79)

Минимальная величина требуемого сопротивления теплопередаче также зависит от расположения наружной поверхности ограждения по отношению к внешней среде,

Что учитывается коэффициентом и в формуле (7.9), которая принимает вид

= (710)

Дг а.

Коэффициенты и имеют следующие значения: п = 1 для наружных стен, чердач­ных перекрытий (с кровлей из штучных материалов) и совмещенных крыш; 0,9 — для чердачных (с кровлей из рулонных материалов) перекрытий; 0,75 «для перекрытий над холодным и подвалами со свтовыми проемами.

В формулу (7.10) входит величина нормируемого температурного перепада у вну­тренней поверхности ограждения At" =?„ — г„, определяющая тепловой комфорт поме­щения. В наиболее холодные зимние дни она должна составлять для наружных стен жи­лых домов, школ, больниц не болеет 4 °С, административных — 4,5 производственных — от 7 до 12°С, для покрытий соответственно 3; 4 и 6-12°С, а для перекрытий над проез­дами -2-2,5°С. 102

Расчетные параметры внутреннего воздуха Г„ зданиях и помещениях определя­ются нормами проектирования и составляют для жилых комнат 18 — 20°С в зависимо­сти от климатического района строительства, для рабочих помещений административ­ных зданий 18°, больничных палат, библиотек 20°, основных помещений детских са­дов и яслей 21 — 23°, спортивных залов 15°, торговых залов продовольственных мага­зинов 12°С и т. д.

Расчетная зимняя температура наружного воздуха /,, принимается в зависимости от характеристики тепловой инерции ограждения:

Для наружных стен и покрытий большой инерционности, а также для перекры­тий над подвалами и подпольями — в качестве расчетной принимают среднюю для наи­более холодной пятидневки 1н5;

Для ограждений малой инерционности — среднюю наиболее холодных суток

Для ограждений средней инерционности — среднюю из этих величин "’ + ; для безынерционных — абсолютную минимальную. ~

Температуры наружного воздуха для различных географических пунктов, уста­новленные по многолетним метеорологическим наблюдениям, приведены в СНиП 23­01-99 «Строительная климатология».

Тепловая инерция — способность конструкции к сохранению или медленному из­менению температур в ее толще. Характеристика тепловой инерции О определяется по формуле

= + , (7.11)

Где Л,, /?2 — сопротивление теплопередаче слоев ограждения (по 7.3), а з2 — ко­эффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоев за период в 24 ч принимают по прил. 3 СНиП 11-3-79* «Строительная теплотехника».

Конструкция ограждения соответственно расчетным значениям ?> считается бе­зынерционной при ?> < 1,5, малой инерционности при ?>> 1,5, но меньше 4, средней-при 4 < О < 7 и большой при И > 7.

Величина сопротивления теплопередаче проектируемого ограждения должна быть равной или превышать требуемую по (7.10) Я"р > 11"’р

Значения представляют собой минимально необходимые по гигиеническим требованиям величины, а именно — исключение выпадения конденсата на внутренней поверхности стены или покрытия.

Однако современная практика проектирования наружных ограждающих конст­рукций подчиняется не толко гигиеническим но и более жестким требованиям энерго­сбережения. Необходимость экономии энергоресурсов на отопление зданий в течение многих десятилетий его эксплуатации требует существенного повышения стоимости наружных ограждающих конструкций за счет радикального повышения их сопротивле­ния теплопередаче (в три и более раз по сравнению с гигиенически необходимым).

Учет этого обстоятельства, продиктован принятым в 1996 г. Законом РФ «Об энергосбережениях» и отражен в СНиП ?1-3-79* где определение приведенного сопро­тивления наружных ограждающих конструкций (Я"р) ставится в зависимость от эмпе — рической характеристики ГОСП — градусо-сутки отопительного периода, которую опре­деляют по формуле 7.12:

Госп=«.-и^г^, (7.12)

Где — то же, что в формуле (7.10);

?от. пер" средняя температура, °С, отопительного периода;

X пт тр — продолжительность, сут., периода со средней температурой воздуха I

Ниже или равной 8°С.

Величины 1от пер и 2от тр — принимают по табл. 1 СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

В соответствии с местом строительства, назначением зданий и помещений для каждого из видов наружных ограждающих конструкций (стен, окон, покрытий и пр.) и в соответствии с рассчитанной величиной ГОСП величина Л"71 (м2 оС/Вт) принимаются по табл. 7.1.

I

Таблица 7,1.

Требования к минимальным величинам приведенного сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций капитальных здании

Различного назначения

Здания и помеще­ния

Градусо — сутки ото­пительного периода, °Ссут

Приведенное сопротивление теплопередаче ограяадающих конст­рукций не менее R, м2 сС/Вт

Стен

Покрытий и перекрытий над проездами

Перекрытий чер­дачных, над холод­ными подпольями и подвалами

Окон и бал­конных две­рей

Фонарей

Жилые, лечебно — профнлактнче — ские, и детские учреждения, шко­лы, интернаты

2000

2,1

3,2

2,8

0,30

0,30

4000

2,8

4,2

3.7

0,45

0,35

6000

3,5

5,2

4,6

0,60

0,40

8000

4,2

6,2

5,5

0,70

0,45

Юооо

4,9

7,2

6,4

0,75

0,50

12000

5,6

8,2

7,3

0,80

0,55

Общественные, кроме указанных выше, админист­ративные и быто­вые, за исключе­нием помещений с влажным или мокрым режимом

2000

1,6

2,4

2,0

0,30

0,30

4000

2,4

3,2

2,7

0,40

0,35

6000

3,0

4,0

3,4

0,50

0,40

8000

3,6

4,8

4,1

0,60

0,45

10000

4,2

5,6

4,8

0,70

0,50

12000

4,8

6,4

5,5

0,80

0,55

Производственные

С сухим и нор­мальным режима­ми

2000

1,4

2,0

1,4

0,25

0,20

4000

1,8

2,5

1.8

0.30

0,25

6000

2,2

3,0

2,2

0,35

0.30

8000

2,6

3,5

2,6

0,40

0,35

10000

3,0

4,0

3,0

0,45

0,40

12000

3,4

4,5

3,4

0,50

0,45

Для малоэтажных (до 3-х этажей включительно) зданий со стенами из мелко­штучных материалов, а также для реконструируемых и капитально ремонтируемых зда­ний независимо от их этажности R"p при проектировании принимают по табл. 7.2.

Соответственно данным табл. 7.1 и 7.2 становится очевидным, что нормируемые ими величины приведенного сопротивления теплопередаче в подавляющем большинст­ве районов РФ делают экономически и технически приемлимыми только многослойные конструкции наружных ограждений, включающие прослойки с очень малой теплопро­водностью в пределах от 0,04 до 0,10 Вт/м аС.

Для многослойных конструкций в зависимости от их решения (с теплопроводны­ми включениями или без них) проектная величина сопротивления теплопередаче (для стационарных условий) определяется различно. Для конструкции с последовательно расположенными однородными слоями как сумму термически сопротивлений отдель­ных слоев плюс сопротивления теплоотдаче по формуле 7.7. Для конструкций термиче­ски неоднородных (с теплопроводными включениями) предварительно определяют Яа и Я6 — приведенное термическое сопротивление участков неоднородных и однородных.

Для определения Яц плоскостями, параллельными направлению теплового пото­ка, конструкцию условно рассекают на участки однородные (однослойные) и неодно­родные и определяют Яа по формуле 7.13:

Р. + Р, +— + РП

————————————————— ~Б——— тт. м2 °С/Вт, (7.13)



Купить насіння ярої пшениці semelita.com.ua..