Учебное пособие 285

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра городского строительства и хозяйства

Строительная физика

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности

270105 «Городское строительство и хозяйство» всех форм обучения

Воронеж 2009

УДК 721:53(073) ББК 38.113я7-5

Составитель Ю.А. Воробьева

Рецензент – Н.А. Старцева, к.т.н., доц. кафедры отопления и вентиляции Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Строительная физика: метод. указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Строительная физика» для студ. спец. 270105 / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т; сост.: Ю.А. Воробьева. – Воронеж, 2009. – 32 с.

Содержится описание лабораторных работ по всем разделам курса «Строительная физика»: указана цель работы, соответствующие теоретические положения, порядок проведения опытов и способы обработки результатов. Приведено описание применяемых приборов, имеющихся в лаборатории университета, и необходимые справочные данные из строительных нормативов.

Предназначеныдлястудентовспециальности270105 «Городскоестроительство и хозяйство» всех форм обучения.

Ил. 4. Табл. 16. Библиогр.: 10 назв.

УДК 721:53(073) ББК 38.113я7-5

2

Введение

При решении задач строительной физики наряду с теоретическими методами широко используются экспериментальные испытания элементов конструкций и натурные наблюдения параметров микроклимата в эксплуатируемых объектах.

Экспериментальные испытания позволяют выявить эксплуатационные качества материалов и конструкций, определить параметры внутренней среды помещений (микроклимат, световой и акустический режимы). В этой связи при подготовке инженеров по специальности городское строительство и хозяйство предусмотрено выполнение лабораторных работ по строительной физике.

При выполнении лабораторных работ студенты получают навыки работы со следующими приборами и оборудованием: психрометром Ассмана, пирометром оптическим микропроцессорным С-Фаворит С-300 для измерения температуры поверхностей, прибором для контроля параметров воздушной среды Метеометром-МЭС-2, комбинированным прибором для измерения параметров шума – ВШВ-003-М2, люксметром, прошедшими регистрацию и имеющими сертификат Росстандарта.

Определение комфортности микроклиматических условий в лаборатории включает в себя проверку абсолютной и относительной влажности, распределение температуры внутреннего воздуха в помещении, измерение скорости перемещения воздуха в помещении.

Проведение акустических исследований позволяет комплексно решать задачи акустического благоустройства и защиты от шума помещений зданий различного назначения и территорий застройки при их проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации.

Возможность самостоятельно измерить освещенность в лабораторных условиях позволяет освоить методику и получить расчет естественной освещенности в контрольных точках на практике и сравнить полученные данные с приведенными в литературе.

Для успешного выполнения лабораторных работ имеет значение правильная организация проведения лабораторных занятий. Перед очередным занятием студент должен изучить рекомендуемую литературу по теме лабораторной работы, подготовить ответы на контрольные вопросы, заготовить материалы к отчету (схемы чертежей установки, формы записей экспериментальных данных и др.).

После получения задания от преподавателя студент должен проверить комплектность и исправность приборов и установки, выполнить экспериментальную часть работы, привести в порядок рабочее место, оформить отчет о работе и защитить его у преподавателя.

3

Лабораторная работа №1

Определение параметров микроклимата в помещении

1.1. Цель работы

Закрепить теоретические знания об основных параметрах микроклимата, характеризующих температурно-влажностный режим помещений и их взаимосвязи. Ознакомиться с основными приборами, используемыми для измерения температуры воздуха и внутренних поверхностей наружных стен, влажности

искорости движения воздуха в помещении.

1.2.Приборы и принадлежности: пирометр оптический микропроцессорный С-Фаворит С-300 для измерения температуры поверхностей, комбинированный прибор для контроля параметров воздушной среды Метеометр МЭС-2, рулетка.

1.3.Общие сведения

Здоровье и работоспособность человека в значительной степени определяются условиями микроклимата воздушной среды в зданиях. Микроклимат помещения — состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями: температурой внутреннего воздуха (tв,°C) и внутренних поверхностей ограждений (радиационной температурой) ( пов,°C), относительной влажностью воздуха ( , %), подвижностью воздуха (скоростью его движения, v, м/с). Большое значение для сохранения теплового баланса тела человека имеет результирующая температура помещения (tп,°С) — комплексный показатель радиационной температуры помещения и температуры воздуха помещения и локальная асимметрия результирующей температуры, ∆tп.

Часть помещения высотой до 2 м с постоянным пребыванием людей в гражданских зданиях, стоящих или двигающихся, и высотой до 1,5 м — людей сидящих, называют обслуживаемой зоной. Выделяются два вида метеорологических условий в обслуживаемой зоне жилых помещений:

оптимальные – 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;

допустимые – сочетания значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать общее и локальное ощущение дискомфорта, умеренное напряжение механизмов терморегуляции, не вызывающих повреждений или нарушений состояния здоровья.

Температурная обстановка в помещении может быть определена двумя условиями температурного комфорта [1]:

а) первое условие – температурный комфорт в помещении в целом; б) второе условие – температурный комфорт на границе обслуживаемой

зоны в непосредственной близости от нагретых или охлаждаемых поверхностей. 4

На теплоощущения человека в значительной мере влияют сочетание радиационной температуры, tR и температуры воздуха помещения, tв. Радиационная температура помещения представляет собой усредненную по площади температуру внутренних поверхностей и отопительных приборов и может быть определена по формуле

где Аi — площадь внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, м2; τi — температура внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, °С.

Результирующая температура помещения, tп характеризует влияние на теплоощущения человека суммы радиационной температуры, tR, температуры воздуха, tв и скорости, v воздуха помещения. Результирующую температуру помещения, tп при скорости движения воздуха до 0,2 м/с можно определить по формуле

где tв — температура воздуха в помещении, °С; tr — радиационная температура помещения, °С.

При скорости движения воздуха от 0,2 до 0,6 м/с tп следует определять по формуле

Требования к параметрам микроклимата различаются в зависимости от периода года, категории помещения и обеспечения в нем необходимого уровня комфорта [2]. В помещениях жилых и общественных зданий должны быть обеспечены оптимальные или допустимые показатели микроклимата в обслуживаемой зоне помещений с постоянным или временным пребыванием людей (прил. А).

Кроме усредненной температуры поверхностей ограждений помещения, важна также разность температур воздуха помещения и поверхности наружной стены. При наличии холодных поверхностей, т.е. большой разницы между температурой тела человека и температурой окружающих конструкций, происходит быстрое охлаждение тела. Внутренний температурный перепад можно определить по формуле

где tв — температура воздуха в помещении, °С; τв — температура внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, °С.

Расчетный температурный перепад в жилых зданиях между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей

5

конструкции, t, °С, не должен превышать нормируемых величин tн, °С, установленных в [3] для наружных стен – 4оС, для покрытий и чердачных перекрытий – 3оС, для перекрытий над проездами, подвалами и подпольями – 2оС.

1.4. Рабочее задание

1.Произвести измерения параметров микроклимата в аудитории. Полный цикл разовых измерений параметров микроклимата в одном помещении выполнить не менее чем три раза.

2.По формуле (1.1) определить радиационную температуру помещения.

3.По формуле (1.4) определить температурный перепад.

При замеренных температурах наружного и внутреннего воздуха, отличающихся от расчетных, определить приведенный к нормативным значениям, перепад температур по следующим формулам

для стен и чердака

для поверхности пола

где ∆t зам – температурный перепад между замеренной температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, оС, tв, tвн – соответственно замеренная и нормируемая температуры внутреннего воздуха, оС, t н – температура наружного воздуха, оС.

4.Результирующую температуру помещения, tп определить по формулам

(1.2), (1.3).

5.Результаты всех измерений и расчетов занести в табл. 1.1 и 1.2.

6. На основании данных работы сделать заключение о соответствии температуры, влажности, скорости движения внутреннего воздуха и температуры ограждающих поверхностей в помещении нормативным требованиям и о причинах отклонения от них.

6

Таблица 1.2 Результаты измерений температуры поверхностей ограждения помещений

1.Чтоназываетсяобслуживаемойзонойжилыхиобщественныхзданий?

2.Какие параметры микроклимата называются оптимальными, а какие допустимыми?

3.Для чего необходимо нормирование параметров микроклимата помещений?

4.Что характеризует результирующая температура помещения?

5.Какие требования предъявляют к микроклимату помещений жилых и обще-

ственных зданий?

Литература [1-3]

Лабораторная работа №2

Измерение влажности воздуха в помещении и определение температуры точки росы

2.1. Цель работы

Ознакомиться с основными приборами, используемыми для измерения влажности воздуха, получить практические навыки по определению влажности воздушной среды психометрическим методом, а так же научиться вычислять температуру «точки росы», которая имеет большое значение при теплотехнических расчетах.

7

2.2.Приборы и принадлежности: психрометр Ассмана, пипетка, пирометр С-Фаворит С-300 для измерения температуры ограждающей поверхности.

2.3. Общие сведения

Атмосферный воздух в своем составе всегда содержит определенное количество влаги. Влага, находящаяся в воздухе, может характеризоваться абсолютной величиной, определяющей содержание влаги в единице объема воздуха. Абсолютная влажность воздуха, f, г/м3, может быть определена по формуле

где е – парциальное давление водяного пара в воздухе (упругость водяного пара), Па; t – температура воздуха, оС.

При определенной температуре воздуха упругость водяного пара не может превышать определенного значения. Это предельное значение называется парциальным давлением насыщенного водяного пара или максимальной упругостью водяного пара, Е, Па, и определяется по приближенной формуле

где t –температура воздуха, оС.

Действительная упругость водяного пара, е, Па, не дает представления о степени насыщения воздуха влагой. Для этого ее нужно сравнивать с максимальной упругостью водяного пара, Е, Па, при данной температуре исследования. В этой связи в практике оценки степени насыщения воздуха влагой используется относительная влажность воздуха, φ, %, выражающая отношение действительной упругости водяного пара, е, Па, к максимальной его упругости, Е, Па, при конкретной температуре

(2.3)

При температуре, когда действительная упругость водяного пара е, Па, становится равной максимальной, Е, Па, относительная влажность воздуха будет равной 100 %, т.е. воздух будет предельно насыщенным водяным паром. При дальнейшем понижении его температуры начнется конденсация влаги. Температура предельного насыщения воздуха водяным паром называется температурой точки росы, τрос, оС.

Для измерения относительной влажности воздуха применяют гигрометры, гигрографы и психрометры.

Существуют несколько типов гигрометров, основанных на различных принципах:

а) весовые – состоят из системы V-образных трубок, наполненных гигроскопическим веществом, поглощающим влагу из воздуха;

8

б) пленочные – имеют чувствительный элемент из органической пленки, которая растягивается при повышении влажности и сжимается при её понижении; в) волосные – основаны на свойстве обезжиренного человеческого волоса изменять свою длину при изменении влажности воздуха, что позволяет изме-

рять относительную влажность от 30 до 100 %.

Достоинства гигрометра в том, что относительная влажность получается непосредственно в процентах и этим прибором можно определять влажность воздуха при температурах ниже 0 °С (без специальной подготовки прибора). Недостатком этого прибора является необходимость частой проверки и малая точность показаний.

Гигрографы – приборы для непрерывной регистрации относительной влажности воздуха. Чувствительным элементом гигрографа служит пучок обезжиренных человеческих волос или органическая пленка, изменяющие свою длину в зависимости от влажности и перемещающие посредством системы рычагов специальное пишущее перо. Запись происходит на разграфленной ленте, надетой на барабан, вращаемый часовым механизмом.

Психрометры – приборы для измерения влажности воздуха и его температуры. Существуетнесколькотипов: стационарные, аспирационные, дистанционные.

Стационарный психрометр Августа предназначен для измерения относительной влажности воздуха в стационарных условиях. Принцип действия этого прибора основан на интенсивности испарения с водной поверхности от дефицита влажности соприкасающегося с ней окружающего воздуха. Для определения влажности воздуха пользуются психрометрическими таблицами.

Из приведенных выше приборов для определения относительной влажности воздуха в стационарных и полевых условиях наиболее совершенным является аспирационный психрометр Ассмана. Искусственная вентиляция в приборе осуществляется пружинным вентилятором.

2.4. Рабочее задание

1.Измерить с помощью психрометра Ассмана температуру воздуха. Для этого батист правого ("мокрого" термометра) смочить пипеткой, тремячетырьмя оборотами ключа завести вентилятор.

В результате испарения влаги показания мокрого термометра понизятся по сравнению с показаниями сухого термометра.

2.По разности "сухого" и "мокрого" термометров (прил. Б) определить относительную влажность воздуха в учебной лаборатории.

3.По формуле (2.2) вычислить максимальную упругость водяного пара, Е, Па, при данной температуре исследования.

4.Используя относительную влажность воздуха, φ, %, и его максимальную упругость, Е, Па, при конкретной температуре выразить из формулы (2.3) действительную упругость водяного пара, е, Па.

5.По формуле (2.1) вычислить абсолютную влажность воздуха, f, г/м3.

6.Замерить температуру внутренней поверхности ограждений, τв, оС.

9

7.Используя формулу (2.2), определить температуру точки росы, τрос, оС, учитывая, что действительная упругость водяного пара е, Па, равна максимальной, Е, Па.

8.Сравнить полученные значения температуры внутренней поверхности ограждений, τв, оС и температуры точки росы, τрос, оС.

При условии τв> τрос, оС конденсация будет отсутствовать.

9.Результаты расчетов занести в табл. 2.1.

Таблица 2.1 Определение влажности воздуха и температуры точки росы в аудитории

10. На основании данных работы сделать заключение о соответствии влажности внутреннего воздуха в помещении нормативным требованиям [2] или (Прил. А) и возможности выпадения конденсата на внутренних поверхностях ограждающих конструкций. При условии выпадения поверхностного конденсата, учесть мероприятия по его предотвращению.

Контрольные вопросы

1.Дать определение относительной влажности воздуха.

2.Что называется абсолютной влажностью воздуха?

3.Чтотакоедействительнаяимаксимальнаяупругостьводяногопара?

4.Какие приборы применяют для определения относительной влажности воздуха?

5.Температура точки росы, порядок ее определения и значение для ограждающих конструкций.

Литература [1-2]

10