2575

конструкции P2 :

Причем значения P1 и P2 можно найти из формулы (2.9), приняв

F =1 м2 и z =1ч:

где E1 и E2 – значения максимальной упругости водяного пара, определяемые соответственно в плоскостях на границе зоны конденсации; Rn1 и Rn2 – сопротивления паропроницанию, слоев конструкции, расположен-

ных соответственно до и после зоны конденсации.

Рациональное конструктивное решение наружного ограждения должно обеспечивать P1 ≥ P2 или допускать такое количество влаги в огражде-

где ∆ω – приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя за период влагонакопления, % :

здесь ρув и δув – соответственно плотность материала и толщина слоя ув-

где Z0 – продолжительность периода влагонакопления, равная периоду с отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха;

∆ωтр – предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя за период влагонакопления, принимается по СНиПу.

Воздухопроницаемость ограждающих конструкций. Воздействие ветра на строительный объект – это, по существу, одна из характеристик той внешней среды, в которой находится и «живет» здание. Характер движения воздуха около здания определяет его аэродинамическую характеристику, от которой в свою очередь зависит естественный воздухообмен (аэрация), фильтрация воздуха через щели и воздухопроницаемые строительные конструкции, тепловой и влажностный режимы ограждений, а также снего- и пылеотложения. При наличии разности давлений воздуха на поверхности наружных ограждений зданий через проницаемые ограждения происходит его перемещение в направлении от большего давления к

40

меньшему. Причем поступление наружного воздуха в помещение через ограждение называется инфильтрацией, а удаление внутреннего воздуха из помещения через ограждение – эксфильтрацией (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Распределение температуры τ , упругости водяного пара å и тепловых потоков q по толщине воздухопроницаемой ограждающей конструкции при инфильтрации (а) и эксфильтрации (б)

Фильтрация воздуха по порам материала происходит в ламинарном или турбулентном режимах. Турбулентный режим фильтрации сопровождается интенсивным перемешиванием воздуха и, как следствие, более интенсивным тепло- и влагообменом между воздухом и материалом, чем при ламинарном.

Фильтрация воздуха оказывает значительное влияние на тепловлажностный режим ограждений и воздушный режим помещений. По санитар- но-гигиеническим требованиям к воздушному режиму помещений воздухопроницаемость представляется как положительный фактор в обеспечении естественного воздухообмена помещений. С теплотехнической стороны воздухопроницаемость может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на тепловлажностное состояние пористых ограждений. Если эксфильтрация внутреннего воздуха оказывает отрицательное влияние на влажностный режим проницаемых ограждений, то инфильтрация – положительное.

Эксфильтрация воздуха вызывает повышение температуры ограждения, в результате этого увеличивается интенсивность теплообмена. При

41

эксфильтрации водяные пары будут одновременно перемещаться через ограждение под действием разности парциальных давлений и суммарной разности полных давлений, создаваемых тепловым и ветровым напорами. Происходит совпадение диффузионного и фильтрационного процессов переноса водяных паров через толщу ограждения. При эксфильтрации теплый увлажненный воздух помещения, проходя сквозь толщу ограждения, отдает часть своей влаги материалу, повышая его влажность.

Принципиально новый метод совершенствования теплозащитных качеств и улучшения тепловлажностного режима эксплуатации ограждающих конструкций зданий за счет предания им воздухопроницаемости базируется на использовании положительных физических эффектов поро-

вой инфильтрации: теплового, осушающего, вентиляционного, эффекта отдува влажного воздуха с микрофлорой от внутренней поверхности на-

ружных ограждений, эффекта диффузионного переноса газовых вредно-

стей в наружный воздух и даже эффекта фильтрования приточного воздуха от различных примесей [9].

Тепловой эффект поровой инфильтрации заключается в возврате трансмиссионных теплопотерь: часть тепла, проходящего через ограждение, затрачивается на нагревание фильтрующегося воздуха. Воздухопроницаемое ограждение, работающее в условиях поровой инфильтрации, превращается в своеобразный рекуперативный теплообменник. В стационарных условиях при отсутствии фильтрации воздуха тепловой поток через ограждение есть величина постоянная, т. е. тепловые потоки, входящий

через внутреннюю поверхность ограждения qνвх и выходящий через наружную поверхность ограждения qνвых, равны между собой: qνвх = qνвых (см.

рис. 2.16). При инфильтрации часть тепла идет на нагрев наружного холодного воздуха и величина теплового потока меняется по толщине ограждения: выходящий тепловой поток будет меньше, чем входящий:

qвхи > qвыхи . Причем следует отметить, что при равных перепадах темпера-

тур внутреннего и наружного воздуха входящий поток тепла при инфильтрации будет больше входящего потока тепла при отсутствии фильтрации

воздуха: qвхи > qνвых . При больших расходах инфильтрующего воздуха через

воздухопроницаемое ограждение потерь тепла фактически может не быть, так как трансмиссионное тепло целиком используется на нагрев наружного воздуха, т.е. qвых = 0. Нагревание наружного воздуха при инфильтрации

может быть выгодно использовано в системе общего воздухообмена как производственных, так и гражданских зданий с уменьшением теплопотерь через наружные ограждения.

Вентиляционный эффект поровой инфильтрации заключается в организованном и равномерно распределенном поступлении через воздухо-

42

проницаемые ограждения в помещение наружного воздуха, подогретого за счет ее теплового эффекта.

Осушающий эффект поровой инфильтрации заключается в интенсивном отборе влаги из материала ограждения наружным сухим воздухом. Наружный сухой воздух, влагосодержание которого сравнительно меньше внутреннего, проходя через толщу ограждения, нагревается и повышает свое влагосодержание за счет отбора влаги из пор материала ограждения.

В условиях инфильтрации наружного воздуха конденсация влаги на внутренней поверхности воздухопроницаемых ограждений проявляется при более низких температурах поверхности, чем в случае отсутствия инфильтрации. Отсутствие конденсата на внутренней поверхности ограждения, работающего в условиях поровой инфильтрации наружного воздуха при более низких температурах, объясняется тем, что изменяются обычные условия конденсатообразования. В данном случае проявляется эффект отдува влажного воздуха с микрофлорой от внутренней поверхности наружных ограждений. В пограничном слое у этой поверхности более влажный воздух помещения с микрофлорой оттесняется более сухим наружным воздухом, фильтрующимся через толщу ограждения в помещение. У внутренней поверхности ограждения создается воздушная «рубашка» из более сухого воздуха с более низкой температурой точки росы. Эффект отдува инфильтрации позволяет расширить диапазон расхода воздуха через воздухопроницаемое ограждение, не вызывая конденсатообразования на внутренней поверхности, исключая коррозийное влияние на материал ограждения и максимально снижая теплопотери.

Эффект диффузионного переноса газовых вредностей через прони-

цаемые ограждения проявляется в результате наличия разности их парциальных давлений. При стремлении к выравниванию этих парциальных давлений, т. е. диффузии газов в наружный воздух, наблюдается снижение концентрации вредностей в помещениях. Диффузионный перенос является положительным эффектом снижения загазованности в животноводческих помещениях без дополнительной подачи тепла.

Воздухопроницаемость наружного фактурного и утепляющего слоев должна быть строго заданной. Повышенная воздухопроницаемость может вызвать значительные теплопотери через ограждение на нагрев проникающего наружного воздуха, и эти теплопотери могут превысить ту разницу сокращения их, которая получена за счет осушения материала ограждения поровым проветриванием.

Таким образом, воздухопроницаемые ограждающие конструкции зданий при знакопеременных воздействиях разности общих давлений могут находиться в условиях осушающего действия инфильтрации или увлажняющего действия эксфильтрации. С целью максимального использования эффектов поровой инфильтрации необходимо, чтобы ограждения находи-

43

лись в зоне устойчивой инфильтрации. Добиться этого можно путем создания в помещении определенного разрежения за счет естественных сил теплового и ветрового напора или вытяжной вентиляции с механическим побуждением. Однако наиболее перспективным способом регулирования фильтрации с преобладающим проявлением инфильтрации является экспериментально доказанный вариант использования в толще ограждения конструктивного слоя из капиллярно-пористого коллоидного материала, армированного сеткой толщиной 2–3мм. Материал регулирующего слоя при эксфильтрации увлажняется с набуханием и неизбежным исключением его проницаемости на стыке ячеек с армирующей сеткой (рис. 2.17).

Регулирующий слой постепенно включается в режим инфильтрации. Этот процесс перестройки фильтрации синхронно связан с изменением действия перепадов давлений. Экспериментальные исследования А.Н. Цвяка подтвердили достаточновысокуюнадежностьэтоговарианта(рис. 2.18).

2.6. Элементы светотехники и инсоляции

Строительная светотехника исследует условия, которые определяют создание оптимального светового режима в помещениях, отвечающего

44

протекающим в них функциональным процессам, характеру и степени точности различения объектов зрительной работы, а также позволяет разработать соответствующие объемно-планировочные и конструктивные решения зданий в соответствии с требованиями СНиПа.

Освещение помещений может быть естественное, искусственное и смешанное (совмещенное) (рис. 2.19) [2, 4].

Качество освещения определяется следующими факторами: уровнем освещенности; равномерностью освещения; соотношением яркостей в поле зрения работающих; слепимостью и блескостью; контрастностью освещения; направленностью световых потоков. Оптимальный световой режим в помещении достигается: правильным учетом светового климата географического места строительства; правильной ориентации световых проемов; достаточной величиной световых проемов и целесообразным их размещением по отношению к рабочим местам; правильным выбором глубины помещений; цветовой отделкой помещений; правильным размещением и выбором мощности и спектра излучения искусственных источников света (при смешанном освещении).

Рис. 2.19. Графики освещенности при различных видах организации освещения: а – естественное боковое одностороннее; б – то же двухстороннее; в – то же верхнее боковое; г – совмещенное; е1 и е2Н – соответственно при светлей и темной отделке; еН – нормативный к.е.о., А и Б – соответственно зоны с достаточным и недостаточным освещением; 1 – дополнительное искусственное освещение; у.р.п. –

уровень рабочей поверхности

Световой климат местности характеризует комплекс показателей ресурсов природной световой энергии: наружное естественное освещение; абсолютные значения яркости и относительное распределение её по небу при сплошной облачности и при отсутствии облаков; продолжительность солнечного сияния; прозрачность атмосферы; коэффициент диффузного отражения от поверхностей (альбедо). Организация естественного и искусственного освещения имеет большое технико-экономическое значение, так как при районировании территории СНГ на пять светоклиматических поя-

45

сов при критической наружной освещенности Екр = 5000 лк продолжи-

тельность использования естественного освещения в течение года составляет 3355 – 3880 ч. При круглосуточной работе промышленных предприятий для освещения их помещений в течение 38 – 42% рабочего времени можно использовать естественный свет.

При значительной изменчивости светового климата от положения солнца, прозрачности атмосферы и других причин практически невозможно установить значение естественной освещенности в помещениях в абсолютных единицах (люксах). Поэтому используется относительная величина – так называемый коэффициент естественной освещенности (к.е.о.), т.е. отношение естественной освещенности Ев в точке М помещения к одно-

временной наружной горизонтальной освещенности ЕН , создаваемой све-

тельной работы и возможностей светового

определяемое с учетом характера работы для III светоклиматического пояса; m – коэффициент светового климата района строительства без учета прямого солнечного света (от 0,8 на юге до 1,2 на севере); c – коэффициент солнечности климата с учетом прямого солнечного света (от 0,7 на юге до 1,0 на севере).

Для определения естественной освещенности в помещении используются за-

кономерности проекций телесного угла и светотехнического подобия.

Предположим, что точка М освещается бесконечно малым участком полусферы ∆S (рис. 2.20). Тогда сила света, излучаемая этим участком при его яркости, составитL : ∆l = L ∆S , а освещенность в точке

М ∆EM = ∆l cosα / r 2 . Если r =1, можно записать ∆EM = L ∆S cosα , а так как ∆S cosα = ∆σ , то ∆EM = L ∆σ или при равномерной яркости полусферы EM = L σ . Освещенность в по-

мещении, создаваемая небосводом с равномерной яркостью поверхности,

46

прямо пропорциональна яркости неба и площади проекции на освещаемую поверхность телесного угла, под которым виден участок неба. Если точка М освещается всей полусферой, то

ции угла и светотехнического подобия позволили А.М. Данилюку разработать графический метод определения геометри-

ческогок.е.о. ипоследующего расчетаестественногоосвещения.

Полусфера условно разбивается на 10 тыс. площадок (100 на 100), каждая из которых, согласно закону телесного угла, создает одинаковую освещенность на горизонтальной плоскости. Световая энергия каждой площадки принимается за световой пучок. Число таких пучков, проникающих к расположенной в помещении точке через светопроёмы, является мерилом освещенно-

сти(рис. 2.22).

Площадки полусферы образуются системой 100 меридианов и 100 параллелей, имеющих равновеликие горизонтальные проекции. Точки пересечения полученной сетки соединены радиусами с центром полусферы. Вертикальная проекция этой системы дает график I, горизонтальная поекция разреза по оси Ох – график II, график III принципиально повторяет график II, учитывая неравномерность яркости неба. Теперь можно кратко представить элементы расчетаестественногоосвещенияпомещений.

Предварительный расчет потребной площади световых проемов производится аналитическим методом по соотношению площади световых проемов к площади пола помещения S0 / ф / Sп,%:

○ при боковом освещении

S0 = S п k3 eнτ η0 k зд ; 100 0 r1

○ при верхнем освещении

47

где S0 / фи Sп – соответственно площадь (в свету) световых проемов (окон и фонарей) и площадь пола помещения; ен – нормированные значения к.е.о.; k3 – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение; kзд – коэффициент, учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями; τ0 – общий коэффициент светопропускания,

учитывающий потери света в несущих конструкциях (при боковом освещении τ3 =1); τ4 – коэффициент, учитывающий потери света в солнце-

защитных устройствах; τ5 – коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями; r1 и r2 – коэффициент,

учитывающий повышение к.е.о. соответственно при боковом и верхнем освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию; η0 и ηф – соответственно

световая характеристика оконного проема и фонаря или светового проема в плоскости покрытия; kф – коэффициент, учитывающий тип фонаря по

структуре конструктивного решения.

Проверочный расчёт естественного освещения к.е.о. производят в

48

щий повышение к.е.о. при боковом освещении благодаря свету, отраженному от внутренних поверхностей и подстилающего слоя, прилегающего к зданию.

Геометрический коэффициент естественной освещенности в расчетной

где n1, n2 – соответственно количество «лучей» по графику I и по графику II

(рис. 2.24).

III

II

I

Рис. 2.24. Пакет графиков для подсчета числа световых пучков, достигающих исследуемой точки в помещении: I – через световой проем на поперечном разрезе при боковом освещении; II – то же на плане помещения при боковом и на продольном разрезах при верхнем освещении; III – то же на поперечном разрезе при верхнем освещении

Геометрический коэффициент εз , учитывающий свет, отраженный от противостоящегоздания(рис. 2.25), определяется формулой

где n1, n2 – соответственно количество

«лучей» пографикуI ипографикуII. Геометрический коэффициент ес-

тественной освещенности εв в расчет-

ной точке при верхнем освещении определяетсяформулой

49