Валов В.М. Введение в специальность. Проектирование зданий

Подождите немного. Документ загружается.

конструкции

P :

PPP

−

∆ . (2.12)

Причем значения

P и

P можно найти из формулы (2.9), приняв

и 1=z ч:

−

⋅

−

; (2.13)

−

⋅

−

, (2.14)

где

E и

E – значения максимальной упругости водяного пара, опреде-

ляемые соответственно в плоскостях на границе зоны конденсации;

R и

R – сопротивления паропроницанию, слоев конструкции, расположен-

ных соответственно до и после зоны конденсации.

Рациональное конструктивное решение наружного ограждения долж-

но обеспечивать

PP ≥ или допускать такое количество влаги в огражде-

нии, которое удовлетворяет условию

тр

∆

≤

∆ , (2.15)

где

∆ – приращение расчетного массового отношения влаги в материале

увлажняемого слоя за период влагонакопления, % :

увув

δρ

⋅

∆

=∆

, (2.16)

здесь

ув

– соответственно плотность материала и толщина слоя ув-

лажнения, а

∆ – приращение влаги за период влагонакопления,

(

)

021

⋅

−

=∆ ZPPP , (2.17)

где

Z – продолжительность периода влагонакопления, равная периоду с

отрицательными среднемесячными температурами наружного воздуха;

тр

∆

– предельно допустимое приращение расчетного массового отноше-

ния 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 дви-

жения воздуха около здания определяет его аэродинамическую характери-

стику, от которой в свою очередь зависит естественный воздухообмен

(аэрация), фильтрация воздуха через щели и воздухопроницаемые строи-

тельные конструкции, тепловой и влажностный режимы ограждений, а

также снего- и пылеотложения. При наличии разности давлений воздуха на

поверхности наружных ограждений зданий через проницаемые огражде-

ния происходит его перемещение в направлении от большего давления к

меньшему. Причем поступление наружного воздуха в помещение через ог-

раждение называется инфильтрацией, а удаление внутреннего воздуха из

помещения через ограждение – эксфильтрацией (рис. 2.16).

Фильтрация воздуха по порам материала происходит в ламинарном

или турбулентном режимах. Турбулентный режим фильтрации сопровож-

дается интенсивным перемешиванием воздуха и, как следствие, более ин-

тенсивным тепло- и влагообменом между воздухом и материалом, чем при

ламинарном.

Фильтрация воздуха оказывает значительное влияние на тепловлаж-

ностный режим ограждений и воздушный режим помещений. По санитар-

но-гигиеническим требованиям к воздушному режиму помещений возду-

хопроницаемость представляется как положительный фактор в обеспече-

нии естественного воздухообмена помещений. С теплотехнической сторо-

ны воздухопроницаемость может оказывать как положительное, так и от-

рицательное влияние на тепловлажностное состояние пористых огражде-

ний. Если эксфильтрация внутреннего воздуха оказывает отрицательное

влияние на влажностный режим проницаемых ограждений, то инфильтра-

ция – положительное.

Эксфильтрация воздуха вызывает повышение температуры огражде-

ния, в результате этого увеличивается интенсивность теплообмена. При

Рис. 2.16. Распределение температуры

, упругости водяного пара

и теп-

ловых потоков q по толщине воздухопроницаемой ограждающей конструк-

ии п

и ин

ильт

ии

(

)

и экс

ильт

ии

(

)

вх

вых

вх

эксфильтрации водяные пары будут одновременно перемещаться через ог-

раждение под действием разности парциальных давлений и суммарной

разности полных давлений, создаваемых тепловым и ветровым напорами.

Происходит совпадение диффузионного и фильтрационного процессов пе-

реноса водяных паров через толщу ограждения. При эксфильтрации теп-

лый увлажненный воздух помещения, проходя сквозь толщу ограждения,

отдает часть своей влаги материалу, повышая его влажность.

Принципиально новый метод совершенствования теплозащитных ка-

честв и улучшения тепловлажностного режима эксплуатации ограж-

дающих 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 воз-

духа от различных примесей [9].

Тепловой эффект поровой инфильтрации заключается в возврате

трансмиссионных теплопотерь: часть тепла, проходящего через огра-

ждение, затрачивается на нагревание фильтрующегося воздуха. Воздухо-

проницаемое ограждение, работающее в условиях поровой инфильтрации,

превращается в своеобразный рекуперативный теплообменник. В стацио-

нарных условиях при отсутствии фильтрации воздуха тепловой поток че-

рез ограждение есть величина постоянная, т. е. тепловые потоки, входящий

через внутреннюю поверхность ограждения

вх

q и выходящий через на-

ружную поверхность ограждения

вых

q , равны между собой:

выхвх

qq = (см.

рис. 2.16). При инфильтрации часть тепла идет на нагрев наружного хо-

лодного воздуха и величина теплового потока меняется по толщине ограж-

дения: выходящий тепловой поток будет меньше, чем входящий:

вых

вх

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

тур внутреннего и наружного воздуха входящий поток тепла при инфильт-

рации будет больше входящего потока тепла при отсутствии фильтрации

воздуха:

вых

вх

qq > . 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. 0

вых

q . 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 ор-

ганизованном и равномерно распределенном поступлении через воздухо-

проницаемые ограждения в помещение наружного воздуха, подогретого за

счет ее теплового эффекта.

Осушающий эффект поровой инфильтрации заключается в интен-

сивном 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 ин-

фильтрации. Отсутствие конденсата на внутренней поверхности огражде-

ния, 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 на-

ружных ограждений. В пограничном слое у этой поверхности более влаж-

ный воздух помещения с микрофлорой оттесняется более сухим наружным

воздухом, фильтрующимся через толщу ограждения в помещение. У внут-

ренней поверхности ограждения создается воздушная «рубашка» из более

сухого воздуха с более низкой температурой точки росы. Эффект отдува

инфильтрации позволяет расширить диапазон расхода воздуха через воз-

духопроницаемое ограждение, не вызывая конденсатообразования на

внутренней поверхности, исключая коррозийное влияние на материал ог-

раждения и максимально снижая теплопотери.

Эффект диффузионного переноса газовых вредностей через прони-

цаемые ограждения проявляется в результате наличия разности их парци-

альных 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 проникаю-

щего 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 зда-

ний при знакопеременных воздействиях разности общих давлений могут

находиться в условиях осушающего действия инфильтрации или увлаж-

няющего действия эксфильтрации. С целью максимального использования

эффектов поровой инфильтрации необходимо, чтобы ограждения находи-

лись в зоне устойчивой инфильтрации. Добиться этого можно путем соз-

дания 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 экспе-

риментально доказанный вариант использования в толще ограждения кон-

структивного слоя из капиллярно-пористого коллоидного материала, ар-

мированного 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 дейст-

вия перепадов давлений. Экспериментальные исследования А.Н. Цвяка под-

твердили достаточно высокую надежность этого варианта (рис. 2.18).

2.6. Элементы светотехники и инсоляции

Строительная светотехника исследует условия, которые определяют

создание оптимального светового режима в помещениях, отвечающего

Рис. 2.17. Работа ограж-

дающих конструкций со

слоем, регулирующим

воздухопроницаемость в

условиях

переменной

инфильтрации и экс-

фильтрации:

1 – арми-

рующая сетка;

2 – ка-

пиллярно-пористый ма-

териал

Рис. 2.18. Экспери-

ментальные иссле-

дования воздухо-

проницаемых огра-

ждений с регули-

руемой проницае-

мостью в условиях

знакопеременного

перехода

ИЭ

WWW →→

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 z,ч

протекающим в них функциональным процессам, характеру и степени

точности различения объектов зрительной работы, а также позволяет раз-

работать 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 освеще-

ния; направленностью световых потоков. Оптимальный световой режим в

помещении достигается: правильным учетом светового климата географи-

ческого места строительства; правильной ориентации световых проемов;

достаточной величиной световых проемов и целесообразным их размеще-

нием по отношению к рабочим местам; правильным выбором глубины по-

мещений; цветовой отделкой помещений; правильным размещением и вы-

бором мощности и спектра излучения искусственных источников света

(при смешанном освещении).

Световой климат местности характеризует комплекс показателей ре-

сурсов 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 искус-

ственного освещения имеет большое технико-экономическое значение, так

как при районировании территории СНГ на пять светоклиматических поя-

Рис. 2.19. Графики освещенности при различных видах организации освещения:

а – естественное боковое одностороннее; б – то же двухстороннее; в – то же верх-

нее боковое; г – совмещенное; е

и е

– соответственно при светлей и темной от-

делке; е

– нормативный к.е.о., А

и Б – соответственно зоны с достаточным и

недостаточным освещением; 1 – дополнительное искусственное освещение; у.р.п. –

уровень рабочей поверхности

сов при критической наружной освещенности 5000

кр

Е лк продолжи-

тельность использования естественного освещения в течение года состав-

ляет 3355 – 3880 ч. При круглосуточной работе промышленных предпри-

ятий 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 невозмож-

но установить значение естественной освещенности в помещениях в абсо-

лютных единицах (люксах). Поэтому используется относительная величи-

на – так называемый коэффициент естественной освещенности (к.е.о.), т.е.

отношение естественной освещенности

Е в точке М помещения к одно-

временной наружной горизонтальной освещенности

Е , создаваемой све-

том открытого небосвода, т.е.

%100⋅=

. Нормируемое значение

е определяется с учетом характера зри-

тельной работы и возможностей светового

климата в районе расположения здания

cmее

ШН

⋅

, где

е – значение к.е.о.,

определяемое с учетом характера работы

для III светоклиматического пояса; m – ко-

эффициент светового климата района

строительства без учета прямого солнеч-

ного 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 осве-

щенности в помещении используются за-

кономерности проекций телесного угла и

светотехнического подобия.

Предположим, что точка М освещает-

ся бесконечно малым участком полусферы

∆

(рис. 2.20). Тогда сила света, излучае-

мая этим участком при его яркости, соста-

вит

∆

⋅

∆

, а освещенность в точке

/cos rlE

⋅∆=∆ . Если 1=

, можно

записать

cos⋅∆

⋅

=∆ SLE

, а так как

∆

⋅

∆

cos

, то

∆

⋅

=∆ LE

или при равномерной яркости полусферы

⋅

. Освещенность в по-

мещении, создаваемая небосводом с равномерной яркостью поверхности,

Рис. 2.20. Схема телесного угла

Рис. 2.21. Схема светотех-

нического подобия

прямо пропорциональна яркости неба и площади проекции на освещаемую

поверхность телесного угла, под которым виден участок неба. Если точка

М освещается всей полусферой, то

rLE

⋅⋅=

. (2.18)

При 1=

⋅= LE

геометрическая интерпретация к.е.о. имеет вид

⋅

= LLe

, (2.19)

т.е. к.е.о. представляет отношение площади проекции на освещаемую по-

верхность уастка неба к величине

Рассмотренная закономерность позволяет

определить относительную светоактивность

различных светопроемов и сопоставлять осве-

щенности, создаваемые одним светопроемом

на поверхностях, различно расположенных от-

носительно горизонта. Из рис. 2.21 следует,

что если разные окна имеют один и тот же

угол

, то освещенность в какой-либо точке

помещения не зависит от абсолютных разме-

ров световых проемов. Закономерности проек-

ции угла и светотехнического подобия позво-

лили А.М. Данилюку разработать графический метод определения геометри-

ческого к.е.о. и последующего расчета естественного освещения.

Полусфера условно разбивается на 10 тыс. площадок (100 на 100), каждая

из которых, согласно закону телесного угла, создает одинаковую освещен-

ность на горизонтальной плоскости. Световая энергия каждой площадки при-

нимается за световой пучок. Число таких пучков, проникающих к располо-

женной в помещении точке через светопроёмы, является мерилом освещенно-

сти (рис. 2.22).

Площадки полусферы образуются системой 100 меридианов и 100 парал-

лелей, 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 не-

равномерность яркости неба. Теперь можно кратко представить элементы

расчета естественного освещения помещений.

Предварительный расчет потребной площади световых проемов про-

изводится аналитическим методом по соотношению площади световых

проемов к площади пола помещения

пф

SS /

,%:

○ при боковом освещении

100 r

kekS

зднп

⋅⋅

⋅

;

○ при верхнем освещении

Рис. 2.22. Схема полусферы

разбитой на 10 тыс. ячеек

фнп

ekS

⋅⋅⋅

⋅

100

где

– соответственно площадь (в свету) световых проемов (окон

и фонарей) и площадь пола помещения;

– нормированные значения

к.е.о.;

k – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение;

зд

k – коэффи-

циент, учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями;

–

общий коэффициент светопропускания,

543210

⋅

, (2.20)

где

– коэффициент светопропускания материала;

– коэффициент,

учитывающий потери света в переплетах светопроемов;

– коэффициент,

учитывающий потери света в несущих конструкциях (при боковом осве-

щении 1

);

– коэффициент, учитывающий потери света в солнце-

защитных устройствах;

–

коэффициент, учитывающий потери света в

защитной сетке, устанавливаемой под фонарями;

r и

r – коэффициент,

учитывающий повышение к.е.о. соответственно при боковом и верхнем

освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и

подстилающего слоя, прилегающего к зданию;

– соответственно

световая характеристика оконного проема и фонаря или светового проема

в плоскости покрытия;

k – коэффициент, учитывающий тип фонаря по

структуре конструктивного решения.

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

точках характерного разреза помещения по формулам:

o при боковом освещении

(

)

310

/ krRqe

⋅⋅⋅+⋅=

τεε

, (2.21)

o при верхнем освещении

(

)

[

]

302

/1 kkre

фсрв

τεε

−+= , (2.22)

o при верхнем и боковом осве-

щении

eee += , (2.23)

где q –

коэффициент, учитывающий

неравномерную яркость облачного не-

ба, определяемый по графику рис. 2.23;

– коэффициент, учитывающий отно-

сительную яркость противостоящего

здания;

– коэффициент, учитываю-

10 20 30 40 50 60 70 80 θ

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

Рис. 2.23. График для определения

коэффициентов q и q

щий повышение к.е.о. при боковом освещении благодаря свету, отражен-

ному от внутренних поверхностей и подстилающего слоя, прилегающего к

зданию.

Геометрический коэффициент естественной освещенности в расчетной

точке при боковом освещении определяется формулой

213

01,0 nn

⋅

, (2.24)

где

– соответственно количество «лучей» по графику I и по графику II

(рис. 2.24).

Геометрический коэффициент

, учитывающий свет, отраженный от

противостоящего здания (рис. 2.25), определяется формулой

01,0 nn ⋅=

, (2.25)

где

n ,

n – соответственно количество

«лучей» по графику I и по графику II.

Геометрический коэффициент ес-

тественной освещенности

в расчет-

ной точке при верхнем освещении оп-

ределяется формулой

01,0 nn

⋅=

, (2.26)

III

Рис. 2.24. Пакет графиков для подсчета числа световых пучков, достигающих иссле-

дуемой точки в помещении: I – через световой проем на поперечном разрезе при боко-

вом 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

Рис. 2.25. Определение числа лучей n

от неба и от противостоящего здания