Глава 6

ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

ОБОЗНАЧЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

ПРИЛОЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

Введение

В последние годы в нашей стране были существенно повышены требования к уровню тепловой защиты зданий и сооружений, основных потребителей энергии. Эти требования связаны не только со стремлением к экономии топливно-энергетических ресурсов, но и с задачами охраны окружающей среды, необходимостью уменьшить влияние «парникового» эффекта и сократить выделения двуокиси углерода и других вредных веществ атмосферу.

Современные нормы по тепловой защите зданий установлены с целью проектирования зданий с рациональным использованием энергии. На это направлен комплекс архитектурных, строительных и инженерных решений.

Основной предмет строительной теплофизики - это обоснование и выбор наружных ограждающих конструкций зданий, которые обеспечивают заданный температурно-влажностный режим помещений, экономию энергоресурсов и долговечность самих конструкций ограждения.

Предлагаемое пособие посвящено теплофизическим основам проектирования ограждающих конструкций.

Цель учебного пособия – дать представление о связи комфортной тепловой среды в зданиях с использованием конструктивных решений, направленных на экономию энергетических ресурсов; научить студентов на основании расчетов выбирать ограждающие конструкции зданий, обеспечивающие необходимый уровень тепловой защиты архитектурных объектов, требуемые экологические качества искусственной среды.

Для достижения цели при написании учебного пособия были поставлены следующие задачи: дать студентам знания об основных понятиях и законах процессов теплопередачи, паро- и воздухопроницаемости, о теплофизических свойствах строительных материалов; научить студентов определять нормативные и расчетные теплотехнические показатели ограждающих конструкций, проводить анализ полученных результатов и вносить необходимые коррективы.

Предлагаемое пособие написано коллективом авторов кафедры инженерно-экономических дисциплин ИАрхИ ЮФУ: введение, главы 1, 2, 3, 4 – Карасевой Л.В., глава 5 – Геппель С.А., глава 6 – Чебановой Е.В.

Учебное пособие «Теплофизика ограждающих конструкций архитектурных объектов» служит теоретической базой для курсового и дипломного проектирования для студентов направления «Архитектура».

Глава 1 тепловой микроклимат помещений

Микроклимат помещения - состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха. Значения этих параметров должны соответствовать назначению помещения и санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к нему.

Рекомендуемые характеристики внутренней воздушной среды, прежде всего, соответствуют состоянию теплового комфорта человека.

В организме человека протекают биологические процессы, которые ведут к образованию тепла. Эти процессы называются метаболическими. Метаболизм можно разделить на два вида:

- основной метаболизм, при котором тепло выделяется в ходе вегетативных процессов, протекающих непрерывно и бессознательно;

- мышечный метаболизм – выделение тепла мышцами при совершении работы. Это вид метаболизма можно сознательно контролировать.

Общее количество энергии, вырабатываемое организмом, зависит от степени тяжести выполняемой работы, которую можно условно оценить как незначительную, легкую, среднюю или тяжелую. Интенсивность выделяемого организмом взрослого мужчины тепла меняется от 70 Вт в состоянии глубокого сна до 350 Вт и выше при выполнении тяжелой работы.

Тепло, образуемое в глубинных тканях организма, непрерывно переносится к поверхности кожи (и легким), откуда оно передается в окружающую среду посредством конвективного и лучистого теплообмена, теплопроводностью и при испарении. Интенсивность отдачи тепла человеком зависит от параметров внутренней среды помещения: температуры t_int, относительной влажности φ_int и подвижности воздуха v_int, а также от температур поверхностей, обращенных в помещение, t_si.

Тепловой баланс существует в том случае, если выделяемое тепло полностью рассеивается в окружающую среду. При нарушении баланса «включается» механизм терморегуляции человека, который – до известных пределов – может защитить его от перегрева и переохлаждения.

Если вследствие увеличения метаболического выделения тепла или в результате повышения температуры воздуха вырабатываемое тепло рассеивается не в полной мере, кровеносные сосуды у поверхности кожи расширяются; перенос тепла к поверхности увеличивается, что приводит к большему его рассеиванию. Если расширения сосудов недостаточно для сохранения теплового баланса, начинают работать потовые железы, а испарение влаги вызывает охлаждающее действие. В условиях похолодания, когда интенсивно теряемое количество тепла не восполняется теплом, вырабатываемым организмом, кровеносные сосуды у поверхности кожи сужаются, перенос тепла из глубинных тканей уменьшается, сокращаются потери тепла.

Состояние теплового комфорта человек испытывает тогда, когда механизм терморегуляции работает с наименьшим напряжением. Это возможно лишь при оптимальных параметрах микроклимата.

Оптимальные параметры микроклимата - сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее чем у 80 % людей, находящихся в помещении.

Допустимыми считаются такие метеорологические условия, при длительном и систематическом воздействии которых возникает некоторая напряженность процесса терморегуляции, возможно ощущение дискомфорта; при этом состояние здоровья не ухудшается.

Отмечено, что, кроме вида выполняемой работы, на диапазон комфортных условий влияет ряд субъективных факторов: климатическая адаптация человека, возраст и пол, состояние здоровья, привычки и предпочтения. С учетом акклиматизации характеристики тепловой среды в помещении должны быть различны в разных климатических районах и разные периоды года.

Нормируемые параметры микроклимата устанавливаются для холодного и теплого периодов года. Холодный период характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха, равной 8˚С и ниже (при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых в качестве граничной принята температура 10˚С); в этот период работают системы отопления здания. Теплый период – период года со среднесуточной температурой наружного воздуха выше 8˚С (10˚С – для зданий, отмеченных ранее).

Воздействие тепловой среды на состояние человека является комплексным, то есть вызванным совместным действием нескольких метеорологических факторов. Условия теплового комфорта включают не только определенный интервал температур, но и соответствующие значения относительной влажности, подвижности воздуха.

По таблице 1.1 устанавливается влажностный режим помещений в холодный период года в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха.

Таблица 1.1

Влажностный режим помещений зданий

Режим	Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре, ˚С
	до 12	12 - 24	свыше 24
Сухой	до 60	до 50	до 40
Нормальный	60 - 75	50 - 60	40 – 50
Влажный	свыше 75	60 - 75	50 – 60
Мокрый	-	свыше 75	свыше 60

При комфортных или близких к ним температурах на тепловое состояние человека заметно влияют низкие и высокие значения относительной влажности. Так, при влажности менее 20 % пересыхает слизистая оболочка дыхательного тракта и возрастает восприимчивость к инфекции. При большой относительной влажности затруднен процесс испарения влаги из легких и дыхательных путей и с потоотделением. Снижается теплоотдача во внешнюю среду, что приводит к ощущению духоты.

В таблице 1.2 приведены интервалы оптимальных температур и значения допустимой относительной влажности воздуха в некоторых помещениях жилых и общественных зданий согласно СП 23-101-2004. Расчетная температура воздуха жилых и общественных зданий t_int для холодного периода года должна быть не ниже минимальных значений оптимальных температур. Так, для жилых помещений расчетная температура для холодного периода года составляет: t_int= 20˚С; для поликлиник и лечебных учреждений t_int= 21˚С; для дошкольных учреждений t_int= 22˚С; расчетное значение относительной влажности в этих случаях - φ_int= 55 %.

Таблица 1.2

Оптимальные температуры и допустимая относительная влажность воздуха внутри здания для холодного периода года

№ п.п.	Тип здания	tint, ˚С	φint, % не более
1	Жилые	20-22	55
2	Поликлиники и лечебные учреждения	21-22	55
3	Дошкольные учреждения	22-23	55

Для остальных зданий, не указанных в таблице 1.2, параметры воздуха следует принимать по минимальным значениям оптимальной температуры по ГОСТ 30494-96 и нормам проектирования соответствующих зданий.

ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» устанавливает общие требования к оптимальным и допустимым показателям микроклимата и методы контроля. Значения нормативных параметров внутренней тепловой среды зависят от вида деятельности человека, что нашло свое отражение в классификации помещений, приведенной ниже.

Классификация помещений

Помещения 1 категории - помещения, в которых люди в положении лежа или сидя находятся в состоянии покоя и отдыха.

Помещения 2 категории - помещения, в которых люди заняты умственным трудом, учебой.

Помещения 3а категории - помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя без уличной одежды.

Помещения 3б категории - помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении сидя в уличной одежде.

Помещения 3в категории - помещения с массовым пребыванием людей, в которых люди находятся преимущественно в положении стоя без уличной одежды.

Помещения 4 категории - помещения для занятий подвижными видами спорта.

Помещения 5 категории - помещения, в которых люди находятся в полураздетом виде (раздевалки, процедурные

кабинеты, кабинеты врачей и т. п.).

Помещения 6 категории - помещения с временным пребыванием людей (вестибюли, гардеробные, коридоры, лестницы, санузлы, курительные, кладовые).

В таблице 1.3 приведены значения оптимальных и допустимых норм температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в общественных зданиях разных категорий, установленные ГОСТ 30494-96.

Таблица 1.3