Блок Инженерные системы (Архитектурная физика, водоснабжение и водоотведение, отопление, газоснабжение)

1. Теплофизические основы проектирования. (Виды и законы распространения тепла. Теплопередача и теплофизические свойства материалов и конструкций. Влажностный режим и воздухопроницаемость конструкций. Тепловая солнечная радиация).

Теплопередача – это процесс переноса теплоты внутри тела или от

одного тела к другому, обусловленный разностью температур. Интенсив-

ность переноса теплоты зависит от свойств вещества, разности температур

и подчиняется экспериментально установленным законам природы. Чтобы

создавать эффективно работающие системы нагрева или охлаждения, раз-

нообразные двигатели, энергоустановки, системы теплоизоляции, нужно

знать принципы теплопередачи. В одних случаях теплообмен нежелателен

(теплоизоляция плавильных печей, космических кораблей и т.п.), а в дру-

гих он должен быть как можно больше (паровые котлы, теплообменники,

кухонная посуда).

Различают три вида передачи теплоты:

 теплопроводностью, или кондукцией;

 конвекцией, или переносом теплоты движущимися частицами

вещества;

 излучение

В большинстве случаев в различных тепловых процессах имеют ме-

сто одновременно все три вида теплопередачи с преобладанием какого-

либо из них.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ - перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т. п.) . Приводит к выравниванию температуры тела. Не сопровождается переносом вещества! Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей, газов. Теплопроводность различных веществ разная. Существует зависимость теплопроводности от плотности вещества. КОНВЕКЦИЯ - это перенос энергии струями жидкости или газа. Конвекция происходит за счет перемешивания вещества жидкой или газообразной среды. Конвекция невозможна в твёрдых телах. Существует зависимость скорости конвекции от плотности вещества и от разницы температур соприкасающихся тел. Конвекция может быть естественной и принудительной, например, с помощью вентилятора. ИЗЛУЧЕНИЕ Все окружающие нас предметы излучают тепло в той или иной мере. Излучая энергию, тела остывают. Чем выше температура тела, тем интенсивнее тепловое излучение. Тепловое (инфракрасное) излучение не воспринимается глазом. Теплопередача способом излучения возможна в любом веществе и в вакууме. Тела способны не только излучать, но и поглощать тепловое излучение, при этом они нагреваются. Темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые или имеющие зеркальную, или полированную поверхность, и лучше излучают. Пар — газообразное состояние вещества в условиях, когда газовая фаза может находиться в равновесии с жидкой или твёрдой фазами того же вещества. Процесс возникновения пара из жидкой (твёрдой) фазы называется «парообразованием» . Обратный процесс называется конденсация. При низких давлениях и высоких температурах свойства пара приближаются к свойствам идеального газа. В разговорной речи под словом «пар» почти всегда понимают водяной пар. Пары́ прочих веществ оговариваются в явном виде.

Свойства теплоизоляционных

строительных материалов характеризуются рядом основных парамет-

ров.

Теплопроводность строительного материала. Теплопроводностью называют свойство материала пропускать тепло через свою толщину. Теплопроводность материала принято характеризовать величиной коэффициента теплопроводности. Этот коэффициент показывает количество тепла в килокалориях, проходящего за 1 ч через 1 м кв. материала толщиной 1 м при разности температур на ее противоположных поверхностях в 1 ОС. Как правило, коэффициент теплопроводности выше для плотных материалов и ниже для пористых. Влажность материала резко (до 10 раз) увеличивает его теплопроводность, что объясняется значительной теплопроводностью воды. Когда влажные материалы замерзают, их теплопроводность возрастает еще значительнее.

Морозостойкость строительных материалов. Под морозостойкостью понимают способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения, то есть не образуя трещин, выкрашивания, расслаивания, не теряя значительно прочности и массы. Вода, находящаяся в порах материала, превратившись в лед, увеличивается в объеме примерно на 10 %. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, которые постепенно его разрушают.

Огнестойкость строительного материала. Огнестойкость является способностью материала выдерживать, не разрушаясь, воздействие огня и воды в условиях пожара. К строительным материалам (стены, перекрытия, колонны и др.) предъявляют требования по огнестойкости, которые зависят от категории здания по пожаробезопасности. Огнестойкость оценивают по показателю возгораемости. Этот показатель основан на нескольких признаках предельного состояния: потере несущей способности, которая выражается в снижении прочности и увеличении деформаций, а также теплоизолирующих свойств и сплошности.

Предел огнестойкости материалов и конструкций характеризуется временем, выраженном в часах с начала теплового воздействия и до появления одного из признаков предельного состояния. По степени огнестойкости различают сгораемые, трудносгораемые и несгораемые материалы.

Огнеупорность является свойством материала противостоять длительному воздействию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По степени огнеупорности строительные материалы подразделяют на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. К огнеупорным относятся материалы, выдерживающие продолжительное воздействие температуры от 1580 С и выше. Тугоплавкие выдерживают температуру 1350 - 1580 С, огнеупорность легкоплавких материалов ниже 1350 С.

Жаростойкость. Жаростойкость - это способность строительного материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры - теплосмен. Теплосмены являются единицей измерения этого свойства.

Воздухопроницаемость. В результате действия ветра и разности температур внутреннего и наружного воздуха возникает возможность инфильтрации. Воздухопроницаемость понижает температуру внутри ограждения, снижая тем самым его термическое сопротивление. Это обстоятельство надо учитывать при разработке конструкций панелей и выборе материалов для них. С гигиенической точки зрения небольшой воздухообмен желателен в особенности при отсутствии вентиляции.

Величина сопротивления воздухопроницанию ограждения равна сумме сопротивлений его отдельных слоев. Требуемая величина сопротивления воздухопроницанию наружных стен и покрытий вычисляется по формуле:

Rо.и.тр = 0,1 ν2 R0тр  м2·мм вод.ст.ч/кг,  (7)

где ν — расчетная скорость ветра в м/сек, принимаемая по нормативным данным, но не менее 5 м/сек.

Влажностный режим (паропроницаемость, образование конденсата). Конструкция ограждения не должна допускать накопления влаги в толще ограждения, а также выпадения конденсата на внутренней поверхности панели. При накоплении влаги внутри ограждения резко снижается термическое сопротивление и понижается температура на внутренней его поверхности, что приводит к выпадению конденсата и образованию сырых пятен, плесени, потеков и т. д. Нормы (СНиП ΙΙ-А. 7-62) устанавливают предельную влажность материалов ограждения в эксплуатационных условиях и требуют проверки паропроницаемости отдельных слоев ограждения, определения возможной зоны конденсации и придания конструкции качеств, предотвращающих образование конденсата.

Следует стремиться располагать более паропроницаемые материалы в наружных слоях панели и менее проницаемые во внутренних слоях. Если это невозможно по конструктивным соображениям, необходимо размещать с внутренней стороны специальный пароизоляционный слой (паровой барьер), который будет препятствовать доступу паров внутрь панели. В ряде случаев целесообразно между наружным водонепроницаемым, а следовательно, и паронепроницаемым слоем и утеплителем устраивать вентилируемый зазор, обеспечивающий свободный выход паров наружу.

Строительные нормы и правила требуют, чтобы сопротивление паропроницанию (R0тр м2·мм рт.ст. ч/г) слоя ограждающей конструкции, расположенного между помещением и плоскостью возможной конденсации, включая пароизоляционный слой, определялось по формулам (28), (29), (30), приведенным в СНиП ΙΙ-А. 7-62. Величина сопротивления паропроницанию ограждения или части его принимается равной сумме сопротивлений

отдельных слоев (RП = δ/µ, где µ — коэффициент паропроницаемости материала в г/м мм рт. ст. ч).

Требуемое сопротивление паропроницанию конструкции чердачных перекрытий и бесчердачных покрытий (совмещенных крыш) со сплошными вентилируемыми воздушными прослойками в целях ограничения конденсата водяного пара в чердачном пространстве или воздушной прослойке должно быть не менее определяемого по формуле

Rптр = 1,2 (ев — ен)   м2·мм рт.ст. ч/г,  (8)

где ен — упругость водяного пара наружного воздуха (средняя за три зимних месяца) в мм. рт. ст.;

       ев — упругость водяного пара внутреннего воздуха.

Солнечной радиацией называется поток лучистой энергии солнца, идущей к поверхности земного шара. Лучистая энергия солнца является первичным источником других видов энергии. Поглощаясь поверхностью земли и водой, она превращается в тепловую энергию, а в зеленых растениях — в химическую энергию органических соединений. Солнечная радиация — важнейший фактор климата и основная причина изменений погоды, так как различные явления, совершающиеся в атмосфере, связаны с тепловой энергией, получаемой от солнца.

Солнечная радиация, или лучистая энергия, по своей природе представляет собой поток электромагнитных колебаний, распространяющихся прямолинейно со скоростью 300000 км/сек с длиной волны от 280 нм до 30000 нм Различают инфракрасные невидимые тепловые лучи с длиной волны от 760 до 2300 нм; световые видимые лучи (красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые) с длиной волны от 400 (фиолетовые) до 759 нм (красные); ультрафиолетовые, или химические невидимые, лучи с длиной волны от 280 до 390 нм. Лучи с длиной волны меньше 280 миллимикрон до поверхности земли не доходят, вследствие поглощения их озоном в высоких слоях атмосферы.

Создание достаточного уровня естественного освещения в помещениях имеет большое значение для предупреждения "светового голодания". Для гигиенической оценки естественной освещенности помещений используется комплексный показатель - коэффициент естественной освещенности (КЕО). КЕО представляет собой процентное отношение горизонтальной естественной освещенности в данной точке внутри помещения к освещенности на горизонтальной плоскости под открытым небом при рассеянном свете в тот же момент. Естественное освещение помещений создается как за счет прямого солнечного облучения (инсоляция), так и за счет рассеянного и отраженного от небосвода и земной поверхности света и зависит от ориентации светопроемов по сторонам света. При ориентации окон на южные румбы создаются лучшие условия естественной освещенности, чем при ориентации на север. При восточной ориентации окон прямые солнечные лучи проникают в помещение в утренние часы, при западной - во второй половине дня.

На интенсивность естественного освещения помещений влияет также степень затемнения света близлежащими зданиями или зелеными насаждениями. Если через окно не просматривается небосвод, то в данное помещение не проникают прямые солнечные лучи. Это приводит к освещению помещения рассеянными лучами, что ухудшает санитарную характеристику помещения. Загрязненные стекла, особенно при двойном остеклении, снижают естественную освещенность до 50-70 %.

Продолжительность инсоляции помещений определяет степень бактерицидного действия УФ-излучения; это действие обеспечивается при непрерывном солнечном облучении помещения продолжительностью не менее 3 ч на всех географических широтах РФ в период с 22 марта по 22 сентября (табл.).

2.Факторы, определяющие акустику залов. Звукоизоляция ограждающих строительных конструкций. Звукопоглощающие материалы и конструкции.

Архитектурная акустика (акустика помещений) - область акустики, в которой изучаются закономерности распространения звуковых волн в помещениях с целью создания приёмов и методов проектирования аудиторий и залов различного назначения, обеспечивающих в них условия хорошей слышимости речи и музыки, оп­тимальные условия слухового восприятия.

{орошая слышимость — одно из важнейших требований, которому должны удовлетворять помещения для собраний, концертов и т.д. Это требование можно считать выполненным, если в любой точке помещения воспринимается без искажения звук, возникший в другой точке (без эхо и с благоприятной длительностью реверберации).

Слышимость зависит от: 1) формы помещения; 2) его размеров; 3) конструктивного решения; 4) размещения источника звука; 5) времени реверберации.

Хорошие акустические условия могут быть достигнуты в помещениях, где выполнены следующие основные требования:

все места слушателей хорошо обеспечены прямой звуковой энергией, а также энергией ранних отражений определенной структуры; структурой звуковых отражений, определяется уровнями и продолжительностью запаздывания последовательных отражений по отношению к прямому звуку от излучателя, а также направлением их прихода в точку приема.

в помещении создано диффузное звуковое поле, исключающее возникновение эха, концентрацию звука и другие нежелательные явления; ервые полезные звуковые отражения обеспечивают разборчивость речи и ясность звучания музыки. Более поздние отражения при определенных условиях дадут дополнительное качество звучания в зале: для речи - естественную тембровую окраску, для музыки - полноту и живость.

Эти качества зал приобретает, если в нем создано диффузное звуковое поле. Для этого необходимо, чтобы вся площадь слушательских мест была равномерно покрыта поздними, рассеянными звуковыми отражениями, приходящими из всех направлении.

время реверберации зала, заполненного слушателям и, соответствует величине и назначению помещения; Под реверберацией понимается процесс затухания звука после прекращения звучания источника, происходящий вследствие многократных отражений звуковых волн от ограждающих поверхностей.

Время, в течение которого уровень звукового давления уменьшится на 60 дБ после прекращения звучания источника, называется временем стандартной реверберации (обычно заменяется термином “время реверберации”).

посторонние шумы сведены к минимуму.

Расчет времени реверберации определяется по формулам Сэбина и Эйринга

ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ ограждающих конструкций зданий

 

— ослабление шума при его проникновении через ограждения зданий; в более широком смысле — совокупность мероприятий по снижению шума, проникающего в помещения извне. Количественная мера звукоизоляции ограждающих конструкций наз. звукоизолирующей способностью и измеряется в децибелах (дб). Различается звукоизоляция от воздушного и от ударного звуков. Внутренние стены и перегородки зданий должны обладать необходимой звукоизолирующей способностью от воздушного звука; междуэтажные перекрытия — от воздушного и от ударного звуков. Звукоизоляция внутренних стен и перегородок характеризуется показателем звукоизоляции от воздушного звука, а междуэтажных перекрытий — показателем звукоизоляции от воздушного звука и от ударного звука, для к-рых имеются нормативные значения.   \Д повышения звукоизолирующей способности межквартирных стен, а также снижения их веса вместо однородных конструкций используются раздельные со сплошной воздушной прослойкой или слоистые, состоящие из слоев материалов, резко разнящихся по своим физич. свойствам. Раздельные конструкции рекомендуется делать из несгораемых стенок различной толщины и жесткости, что дает наилучший звукоизоляц. эффект. Для повышения звукоизоляц. качеств перекрытии или для уменьшения их веса без ухудшения звукоизоляции рекомендуется применять перекрытия раздельного типа со сплошной воздушной прослойкой или перекрытия с подвесными потолками. Для повышения звукоизоляции от ударного шума сплошных однородных перекрытий следует применять полы по сплошному упругому основанию или по отдельным прокладкам из упругих материалов. Рекомендуется также применять мягкие рулонные полы (напр., из теплого линолеума). В качестве упругих прокладок под ПОЛЫ используют маты из минеральной или стеклянной ваты, стекловолокнистые, древесноволокнистые, асбестоцементные плиты; в отд. случаях применяются засыпки из шлака и песка..

Специальные звукопоглощающие плиты из акустической минеральной ваты обеспечивают увеличение звукоизоляции каркасных перегородок, в зависимости от их конструкции, на величину 5-8 дБ. Применение в звукоизоляционных конструкциях произвольных утеплителей приводит к гораздо меньшему эффекту или вовсе не оказывает на звукоизоляцию никакого эффекта. Акустическую минеральную вату необходимо применять в сочетании со звукоизоляционными методами, такими как устройство массивных и/или акустически развязанных ограждающих конструкций, использование специальных звукоизолирующих креплений и т.п.

Для увеличения звукоизоляции окон рекомендуется применять стеклопакеты максимально возможной ширины (не менее 36 мм), состоящие из двух массивных стекол, желательно разной толщины (например, 6 и 8 мм). Если стеклопакет двухкамерный, то рекомендуется применять и стекла разной толщины, и воздушные промежутки разной ширины. Профильная система должна обеспечивать трехконтурное уплотнение створки по периметру окна.