ВОЗДУШНАЯ СРЕДА

Состояние воздушной среды производственных помещений характеризуется температурой, влажностью и скоростью движения воздуха, а также содержанием в нем химических и механических (аэрозолей) примесей. Воздушная среда должна по своим па­раметрам отвечать технологическим и санитарно-гигиеническим требованиям. На ее параметры влияют различные внешние и внутренние факторы, в том числе выделения тепла, влаги, химических веществ, пыли, сопровождающие технологический процесс.

Метеорологические условия. Воздух, как среда, окружающая технологическое оборудование и работающих в производственном помещении, не должен влиять в отрицательном смысле на происходящий технологический процесс, но главное - воздух должен отводить от человеческого организма то тепло, которое им выделяется.

Отдача тепла организмом, как и любого нагретого тела, происходит за счет конвекции окружающим воздухом и излучения, а также за счет испарения влаги с кожного покрова человека. Известно, что интенсивная конвекция может происходить лишь при наличии достаточной разности температур тела человека и окружающего воздуха.

Теплоотдача излучением также зависит от разности температур человеческого тела и окружающих его предметов (оборудования, ограждающих конструкций и пр.), температура которых во многих случаях близка к температуре воздуха помещения.

В технической литературе состояние воздушной среды помещения по температуре, влажности и скорости движения воздуха нередко называют «микроклиматом», «внутренним климатом» или «метеорологическими условиями». Следовательно, температура воздуха в помещении должна быть тем ниже, чем больше выделяет человеческий организм тепла. При работе, не требующей значительного физического напряжения, температура воздуха должна быть более высокой, при тяжелых работах - более низкой.

Испарение влаги с поверхности тела человека может происходить, если окружающий его воздух при данной температуре имеет дефицит влаги. Если путем конвекции, излучения и испарения организм человека все же не может отдать избытки тепла в окружающую воздушную неподвижную среду из-за чрезмерно высокой ее температуры и влажности, то при создании искусственными методами движения воздуха его охлаждающее действие на организм может быть увеличено, так как в этом случае теплоотдача путем конвекции и испарения возрастает.

Эти три параметра воздушной среды - температура, влажность, скорость движения воздуха всегда рассматриваются вместе, поскольку совокупно действуют на человеческий организм.

Между человеческим организмом и окружающей средой должен существовать правильный тепло- и влагообмен.

Работы, выполняемые людьми в промышленных зданиях, по степени тяжести подразделяют на три категории:

а) легкие, без систематического физического напряжения (основные процессы приборостроения, машиностроения и т. п., выполняемые сидя или стоя)

б) средней тяжести, связанные с ходьбой, переноской небольших тяжестей, и работы, выполняемые стоя (прядильно-ткацкое производство, механическая обработка древесины, сварочные, литейные и т. п.)

в) тяжелые, связанные с постоянным физическим напряжением (кузнечные с ручной ковкой и т. п.)

Каждый вид работ определяет свою температуру комфорта. Температура воздушной среды зависит от количества тепла, поступающего в нее от разных источников (за счет тепловыделений организма человека, извне, за счет инсоляции, от системы отопления, от раскаленного металла в металлургических производствах, от электродвигателей, от светильников искусственного освещения и пр.). Теплопоступления, оказывающие влияние на температуру воздуха в помещении, называют «явным теплом» в отличие от скрытого тепла, образующегося при фазовых превращениях вещества. Избытками явного тепла называют его остаточные количества (за вычетом теплопотерь зданием), поступающие в помещение при расчетных пара­метрах наружного воздуха после осуществления всех мероприятий по их уменьшению, например теплоизоляции оборудования.

В зависимости от величины избытков явного тепла производственные помещения разделяют на две группы: к первой отнесены помещения с незначительными избытками явного тепла - до 24 Вт/м3 (до 20 ккал/м3), ко второй - со значительными - более 24 Вт/м3 (более 20 ккал/м3).

Например, помещения механических, механосборочных, ткацких и других цехов с относительно невысокими температурами воздуха в рабочей зоне и, следовательно, с незначительными теплоизбытками и при отсутствии их относят к первой группе.

Помещения литейных цехов, сталеплавильных, прокатных и др., в про­изводственном процессе которых выделяются значительные количества явного тепла, относят ко второй группе.

Цехи, подобные сталеплавильным, т.е. со значительными теплоизбытками называют «горячими цехами». Для горячих цехов характерны выделение больших количеств тепла излучением (от раскаленного металла, сильно нагретого оборудования и пр.) и наличие сильных конвективных токов воздуха, возникающих в местах, где располо­жены источники тепловыделений, например сталеплавильные печи.

В зависимости от характера технологического процесса источники избыточного тепловыделения могут действовать постоянно или периодически. Периодические воздействия («тепловые удары») значительно усложняют создание требуемых метеорологических условий в производственных помещениях.

Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий (СН 245-71) установлены оптимальные и допустимые параметры воздушной среды в рабочей зоне. При этом также учитывают категорию работы (легкая, средней тяжести и тяжелая) и периоды года: холодный, переходный (температура наружного воздуха ниже 10 °С) и теплый (температура наружного воздуха выше 10°С).

При отклонении параметров воздушной среды от оптимальных значений сверх допустимых пределов условия труда существенно ухудшаются, падает производительность труда, повышается утомляемость людей, возрастает восприимчивость к различным заболеваниям.

Состав воздуха. Воздух производственных помещений всегда содержит различные примеси, которые могут оказывать вредное воздействие на организм человека, конструкции здания и на технологический процесс или технологическое оборудование. К ним относятся: а) влага, выделяемая людьми (потоотделение) и оборудованием в процессе производства; б) инертные и вредные газы, образующиеся в результате разложения органической пыли, выделяемые в источниках открытого огня и т. п.; в) механические примеси органического и неорганического происхождения в виде аэрозолей или дисперсных систем, выделяемые в результате технологического процесса или деятельности человека.

Следует отметить, что на состав воздуха производственных помещений оказывает непосредственное влияние и наружная воздушная среда, содержащая такие же примеси. Перечисленные выше примеси в известных концентрациях делают состав воздуха вредным и даже опасным для человека, губительно действующим на строительные конструкции здания.

Мерилом непригодности воздуха может быть каждый из перечисленных выше видов примесей или их совокупность, что зависит от характера технологического процесса, протекающего в помещении. Например, в гаражах мерилом непригодности воздуха слу­жит наличие в нем максимально допустимого количества окиси углерода, выделяемого при работе двигателей внутреннего сгорания. В производственных помещениях, связанных с выделением пыли, мерилом загрязненности воздуха служит содержание в нем пыли в количествах, превышающих безвредные для человека нормы.

Воздействие влаги в ее чистом виде на конструкции, например при конденсации влаги на внутренних поверхностях ограждающих конструкций (поверхностная конденсация) или внутри (внутренняя конденсация), может вызвать их переувлажнение (от­сыревание), ухудшение физико-технических показателей и в конечном итоге преждевременный износ.

Вредное воздействие влаги в производственных помещениях, технологические процессы в которых связаны, например, с выделением сернистых или других газов, может резко усилиться в результате взаимодействия этих газов с влагой и образования слабых растворов кислот, разрушающе действующих на строительные конструкции (сталь, бетон и др.).

Следует также иметь в виду, что присутствие в воздухе или на поверхности конструкции гигроскопических солей (как результат выделений технологического процесса) повышает температуру точки росы.

При перемещении по толще ограждающей конструкции к ее наружной поверхности влаги, сконденсировавшейся на внутренней поверхности и содержащей растворенные химические примеси, в холодных слоях конструкции может возникнуть кристаллизация этих примесей, сопровождающаяся расширением вещества и вызывающая серьезные нарушения структуры материала конструкции. Такое явление наблюдается, например, в наружных ограждающих конструкциях (стенах, покрытиях) красильных цехов текстильных предприятий, если они не имели надежной гидроизоляции, препятствующей проникновению влаги (в жидкой фазе) в толщу ограждения. Столь же неприятные последствия могут давать результаты взаимодействия влаги и некоторых видов меха­нических примесей, содержащихся в воздухе (аэрозолей), например в виде нерастворимых пленок на ограждающих конструкциях или оборудовании.

Следовательно, влага в чистом виде как составная часть воздушной среды производственного помещения оказывает активное влияние на влажностное состояние ограждающих и других конструкций здания и в избыточных количествах способствует развитию процессов коррозии, снижению морозостойкости и пр., а в сочетании с химическими и другими примесями, содержащимися в воздухе, может стать решающим фактором, определяющим долговечность конструкций.

Поэтому при проектировании здания следует особенно тщательно проанализировать ожидаемый влажностный режим воздушной среды и предусмотреть все необходимые меры для предупреждения его неблагоприятных воздействий как на человеческий ор­ганизм, так и на конструкции.

Во многих промышленных зданиях воздушная среда может содержать вредные для человека химические вещества. Вредные вещества по степени воздействия на организм человека подразделяются на четыре класса: I - чрезвычайно опасные, II - высоко­опасные, III - умеренно опасные, IV - мало опасные. Их агрегатное состояние может быть в виде паров или газов, аэрозолей или смеси паров и аэрозолей. Некоторые из них опасны при поступлении в организм человека через дыхательные пути или через кожный покров.

Некоторые аэрозоли обладают фиброгенным действием, т. е. вызывают поражение дыхательных путей человека в результате патологического роста тканей.

К производственным зданиям, технологические процессы в которых связаны с большим выделением пыли, относятся: трепальные отделения хлопчатобумажных фабрик, цехи стекольных заводов, фосфоритовые мельницы и крупозаводы, сырьевые отделения цементных заводов при сухом способе производства цемента и др.

На многих промышленных предприятиях производится переработка пыли. Например, на свинцово-цинковых заводах, в отделениях шахтных печей, конвертеров и агломерационных машин очень вредная свинцовая пыль улавливается и из нее извлекают ряд ценных элементов.

Для защиты помещения от пыли и загазованности воздушной среды наружный воздух, забираемый системой искусственной вентиляции, очищается в специальных фильтрах. Особым, очень важным аспектом состояния воздушной среды производственного помещения является возможность возникновения в нем взрывоопасных смесей. Такие смеси образуются в помещениях, где в процессе производства в воздух выделяются пары газа или пыли, способные в смеси с ним (в определенных соотношениях) взрываться. Наибольшее число таких взрывов приходится на химические производства, связанные с водородом, ацетиленом и метаном.

Причинами образования взрывоопасных смесей, как правило, являются нарушения технологического процесса, неисправность аппаратуры, нарушение контроля за ней, аварийные ситуации, неисправность или недостаточная эффективность систем венти­ляции и т. п..

При проектировании промышленных зданий на обеспечение оптимальных параметров воздушной среды должно обращаться большое внимание. Они достигаются при помощи систем отопления, естественной вентиляции (аэрации), искусственной вентиляции и сис­тем кондиционирования воздуха, надлежащим образом отрегулированных и управляемых, а также путем правильного подбора физико-технических параметров ограждающих конструкций здания.

Наряду с этим важнейшим фактором в борьбе за обеспечение комфортных условий труда остается совершенствование технологических процессов и оборудования с целью снижения их влияния на состояние воздушной среды производственного помещения. В частности, защиту работающих от лучистого тепла осуществляют не только мерами строительного характера, но и мерами, непосредственно связанными с технологическим процессом и оборудованием, например, экранированием, охлаждением сильно нагретых поверхностей оборудования, созданием изолированных от внешней среды рабочих мест.

АЭРАЦИЯ

Вентиляцию производственных помещений по признаку побуждения движения воздуха разделяют на естественную и искусственную, или механическую. При естественной вентиляции воздухообмен в производственном помещении происходит за счет разности удельных весов наружного и внутреннего воздуха и действия ветра. При искусственной вентиляции для перемещения воздуха затрачивается электрическая энергия

Естественная вентиляция помещения осуществляется в результате следующих факторов:

а) инфильтрации, т. е. проникания воздуха внутрь здания через щели и неплотности, имеющиеся в ограждающих конструкциях, а также через поры материала, из которого эти ограждения выполнены. Инфильтрация, как правило, создает незначительный воздухообмен, но в отдельных случаях может достигнуть больших размеров, при этом в помещениях без теплоиз-бытков инфильтрация охлаждает воздух и вызывает излишние затраты тепла;

б) неорганизованного управляемого воздухообмена через форточки, фрамуги, окна, двери и ворота;

в) организованного управляемого естественного воздухообмена, или аэрации.

Естественный воздухообмен называют аэрацией в тех случаях, когда можно осуществлять его в заранее заданных объемах и регулировать в соответствии с внутренними и внешними условиями (температурой воздуха, направлением и скоростью ветра). Аэрация обеспечивается через систему управляемых приточных и вытяжных отверстий, потребную площадь которых определяют по расчету.

Путем аэрации достигают удаление из производственных помещений вредных газов и аэрозолей, а также избыточного тепла и влаги.

Аэрацию применяют в основном в цехах со значительными теплоизбытками (горячие цехи), где естественный воздухообмен должен составлять миллионы кубометров в час без специальной затраты энергии на эти цели.

Возможность организации рациональной аэрации зависит от объемно-планировочного решения здания, целесообразной компоновки производственного оборудования и правильного размещения в ограждающих конструкциях (стенах и покрытиях) при точных и вытяжных отверстий.

Действие аэрации, как было сказано ранее, обусловлено разностью удельных весов наружного и внутреннего воздуха, т. е. стремлением нагретого и более легкого воздуха войти в высокорасположенные вытяжные отверстия, а более холодного войти в помещение через низкорасположенные приточные отверстия. В соответствии с этим на активность аэрации в результате разности удельных весов влияют тепловой и высотный перепады, равные соответственно разности температур наружного и внутреннего воз­духа и разности уровней вытяжных и приточных отверстий.

Потребность в аэрации особенно велика в летние месяцы, при более высокой температуре наружного воздуха, когда тепловой перепад меньше. В связи с этим в летний период необходимо увеличивать площадь приточных и вытяжных отверстий и высотный перепад за счет размещения приточных отверстий в нижней части стен. В зим­ний период приточные отверстия целесообразно размещать выше, на высоте приблизительно 4-6 м от рабочей зоны. Это позволяет поступающему холодному воздуху смешаться с внутренним, повысить свою температуру и избежать избыточного охлаждающего действия на работающих в цехе людей.

Действие аэрации в результате действия ветра обусловливается разностью давлений. При обтекании здания воздухом повышенное давление возникает с подветренной стороны, а пониженное (разрежение) - с заветренной стороны.

Воздух поступает в помещение в проемы в ограждающих конструкциях, расположенные с подветренной стороны, а с заветренной стороны уходит из него. Таким образом, даже при отсутствии тепловых избытков происходит воздухообмен от действия одного ветра. Здания, имеющие различный профиль, но одинаковые по площади проемы, при одной и той же силе ветра могут обладать различным воздухообменом. Для увеличения воздухообмена аэрационные проемы в покрытии, т. е. фонари, целесообразно располагать перпендикулярно направлению господствующих ветров летних месяцев, когда особенно необходима интенсивная аэрация. Направления господствующих ветров в данном географическом пункте определяют по составляемой метеорологическими стан­циями розе ветров, на которой в принятом масштабе откладывают по соответствующим румбам (навстречу ветру) продолжительность действия ветра в рассматриваемый период года.

Обтекание воздухом здания вызывает различные давления в плоскостях ограждающих конструкций.

Рис.1. Схема обтекания воздуха промышленного здания при ветре

Зоны движения воздуха вокруг здания обозначены римскими цифрами:

• I - зона невозмущенного потока или потока, выравнивающегося после возмущения настолько, что статическое давление в нем будет близко к нулю;
• II - зона аэродинамической тени, вызываемая самим зданием, на котором установлены фонари, а в некоторых случаях зданиями, стоящими рядом. В этой зоне наблюдается разрежение;
• III - зона подпора, т. е. зона, в которой наблюдаются положительные давления, вызванные торможением потока воздуха ограждающими конструкциями здания.

В соответствии с аэродинамическими особенностями профиля здания и расположения указанных зон устанавливают такие конструкции фонарей или других аэрационных устройств, которые обеспечивают устойчивое удаление воздуха из помещения.

Профиль здания не только определяет его аэродинамическую характеристику, но и играет существенную роль в организации аэрации производственных помещений. Например, при профиле здания, изображенном на рис. 2 а, через фонари удаляют преимущественно только нагретый воздух, который подходит к этим фонарям непосредственно снизу по вертикали. Боковые воздушные потоки, поднявшись до холодной глухой части покрытия, охлаждаются и, падая вниз, образуют круговое движение, препятствующее проветриванию здания. Эффективность аэрации повышается при более крутых скатах покрытия и при более широких фонарях (рис. 2 б).

Рис.2. Схемы аэрации однопролетных промышленных зданий, имеющих различные фонари.

Зная аэродинамическую характеристику здания, в целях увеличения в нем воздухообмена приточные отверстия располагают в местах положительных давлений, а вытяжные - в местах наибольших отрицательных давлений. Если аэрационные отверстия располагать, не учитывая аэродинамической характеристики, воздухообмен может полностью прекратиться, а в некоторых случаях - ухудшится вентиляционный режим. При действии ветра вдоль здания разрежение образуется по всей площади его покрытия и продольных стен.

В зоне наибольшего разрежения (наветренная сторона здания) осуществляют выпуск загрязненного и перегретого воздуха из здания, а в зоне наименьшего разрежения (подветренная сторона здания) производят забор наружного воздуха.

В многопролетных промышленных зданиях, имеющих одинаковую высоту помещений и фонарей, когда отсутствуют значительные местные тепловыделения, организовать аэрацию сложно. В зданиях шириной до 100 м забор воздуха производят через приточные отверстия, которые располагают в нижней части наружных стен. В этом случае поступающий воздух распространяется на 50-60 м вглубь здания и фонари на этом расстоянии работают, как вытяжные. При ширине здания более 100 м фонари, располо­женные в его средней зоне, работают неустойчиво - то на вытяжку, то на приток, и воздухообмен осуществляется неудовлетворительно.

Аэрация затрудняется еще больше, если здание разделено на отдельные помещения капитальными стенами или глухими перегородками, которые доходят до покрытия, или когда к продольным наружным стенам пристраивают бытовые или административные помещения. В этом случае целесообразно применять искусственную вентиляцию.

При наличии местных источников избыточных тепловыделений в многопролетных цехах, чтобы получить в них устойчивую аэрацию, прибегают к устройству активизированного профиля здания. «Горячим» пролетам придают большую высоту, приток наружного воздуха организуют через окна в наружных стенах и через фонари в пониженной части здания. Активизированный профиль здания можно также создать путем чередования высоких вытяжных фонарей с низкими приточными. Высотный перепад при незначительных тепловыделениях делают не менее 4 м, а при значительных тепловыделениях - не менее 2,5 м. Расстояние между высокими фонарями 24-40 м.

Площадь открываемых проемов должна составлять не менее 1 % площади пола помещения.

ОСВЕЩЕНИЕ

Световой режим в помещениях промышленных зданий - один из существенных факторов, определяющих качество среды, окружающей человека в производственных условиях. Хороший световой режим необходим для большинства производственных операций. Он достигается обеспечением необходимой освещенности рабочего места, равномерным освещением объекта труда (или помещения), оптимальным яркостным контрастом между предметом труда и фоном, отсутствием блескости, вызываемой как источником света, так и отражением света от рабочей поверхности.

Существенное влияние на качество светового режима оказывают спектральный состав света, цвет ограждающих производственное помещение поверхностей строительных конструкций и цвет оборудования. Оптимальный световой режим в производственном помещении необходим не только как мера создания нормальных условий труда, но и как фактор, имеющий большое санитарно-гигиеническое значение для органов зрения и благоприятного влияния на психику человека.

В производственных помещениях промышленных зданий применяют естественное, искусственное и интегральное освещение.

Естественное освещение осуществляется через проемы в ограждающих конструкциях здания и может быть: боковым (через окна в стенах); верхним через фонари, устраиваемые в покрытии, а также через высокорасположенные проемы в стенах, например, в местах перепадов высот смежных пролетов промышленных зданий; комбинированным, т. е. сочетающим одновременно боковое и верхнее.

Искусственное освещение осуществляется при помощи электрических светильников различного типа с лампами накаливания, с разнообразными газоразрядными лампами, в том числе с люминесцентными и пр. Различают две системы искусственного освещения производственных зданий: общую и комбинированную. При комбинированном освещении, кроме общего, дающего свет по всей площади помещения, устраивают дополнительное на рабочих местах при помощи местных светильников.

Совмещенная (интегральная) система освещения предусматривает освещение рабочих мест одновременно естественным и искусственным светом. Оценивая естественное и искусственное освещение, можно отметить, что величина освещенности рабочих мест при естественном освещении не постоянна. Она меняется в соответствии со временем года и суток, зависит от состояния атмосферы (наличия облачности) и пр. Искусственное же освещение обеспечивает ровную и постоянную освещенность на рабочих местах.

Использование естественного освещения по времени при двух- и трехсменной работе относительно невелико даже в тех случаях, когда по условиям зрительной работы естественное освещение со своим переменным режимом может быть допущено. Например, для светового климата Москвы, т. е. при учете продолжительности дневного периода и числа ясных и пасмурных дней в году, использование естественного освещения при работах средней точности составляет: в одну смену 80%, в две смены 55%, в три смены 35%. При точных работах продолжительность использования естественного освещения снижается и составляет соответственно 48, 30 и 25%, а в северных районах страны уменьшается дополнительно еще на 25%. Следовательно, при наличии естественного освещения устройство искусственного освещения неизбежно.

Верхнему естественному освещению при помощи фонарей присущи и другие недостатки. Устройство фонарей имеет относительно высокую стоимость (7% общей стоимости здания). Фонари, а равно и боковые светопроемы нуждаются в квалифицированной экс­плуатации (очистке и ремонтах).

Непрерывные фонарные надстройки вдоль пролета препятствуют сдуванию ветром снега с покрытия и способствуют образованию так называемых «снеговых мешков». При этом снеговая нагрузка в таких мешках может быть в несколько раз выше расчетной. Боковые светопроемы и фонари - источники повышенных теплопотерь в холодное время и избыточных теплопоступлений в помещение за счет солнечной радиации в летнее время.

Все перечисленные особенности естественного освещения привели к появлению производственных зданий без естественного освещения, в том числе зданий бесфонарных как более предпочтительных по технологическим, экономическим и эксплуатационным ус­ловиям, имеющих искусственное освещение и искусственную вентиляцию.

Вместе с тем здания с искусственным освещением, в свою очередь, имеют существенные недостатки. К ним следует отнести качество освещения по спектральному составу света, которое отличается от естественного. Это отличие может осложнять производственный процесс, например, при определении цвета и оттенка, оно хуже в санитарно-гигиеническом отношении.

В производственных помещениях с постоянным (длительным) пребыванием работающих без естественного освещения или с недостаточным по биологическому действию естественным освещением должны быть оборудованы установки ультрафиолетового излучения с эритемными лампами. В помещениях с естественным освещением такие установки не устраивают.

Еще не вполне изучен вопрос о психологическом влиянии освещения. Одни специалисты утверждают, что зрительная связь человека через проемы (окна, фонари) с внешним пространством благотворно влияет на психику человека, наоборот, отсутствие этой связи приносит существенный вред. Другие полагают, что в психологическом отношении такая связь с «внешним миром» не имеет существенного значения, поскольку в таких зданиях достигают достаточно высоких показателей по производительности труда и заметных отклонений в психике работающих не обнаружено. Однако не подлежит сомнению, что естественный свет более благоприятно воздействует на живые организмы, в том числе и на человека, чем искусственный.

Для многих производственных зданий решения со световыми фонарями, особенно новых усовершенствованных типов, обладающих хорошими физико-техническими и эксплуатационными показателями, или со светоаэрационными фонарями, следует считать предпочтительными. Например, здания с фонарями полностью сохраняют свое значение для производств со значительными теплоизбытками, удаление которых требует устройства громоздкой и дорогостоящей искусственной вентиляции. Оценивая естественное и искусственное освещение, нельзя обойти и экономическую сторону этой проблемы. Если при естественном освещении отмечалась необходимость расходов на эксплуатацию светопроемов (окон и фонарей), то при искусственном кроме чисто эксплуатационных расходов, например, на ремонт, будут иметь место значительные непроизводительные затраты электроэнергии на освещение в светлое время суток и постоянные затраты на вентиляцию.

Для нормирования используют относительную величину - коэффициент естественного освещения (КЕО), измеряемый в процентах от одновременной освещенности под открытым небом. Он определяет необходимую освещенность в помещении и, следовательно, тип и размеры светопроемов.

Для помещений с нормальным температурно-влажностным режимом применяют любые фонари, отвечающие светотехническим требованиям. Однако в северных районах целесообразны зенитные фонари с двойным и даже стройным остеклением, в центральных районах - фонари с устройствами, допускающими вентиляцию, а в южных районах, кроме возможности вентиляции через фонари, их остекление не должно пропускать прямых солнечных лучей. При этом глухие ограждающие конструкции фонаря делают экранируемыми или вентилируемыми во избежании перегрева.

Для помещений с избыточными тепловыделениями целесообразны светоаэрационные фонари. При этом необходимо иметь в виду, что омывание светопрозрачных ограждений фонарей потоком удаляемого теплового воздуха способствует их загрязнению. Поэтому целесообразны такие решения конструкций фонарей, в которых функции аэрации и освещения обособлены, т. е. аэрацию осуществляют через специальные отверстия, а не через открывающиеся элементы светопроема. Наконец, для неотапливаемых производственных помещений пригодны любые фонари с одинарным остеклением, а в южных районах светоаэрационные фонари.

Учитывая относительно высокую стоимость фонарей, следует применять наиболее светоактивные типы.

Число фонарей, их размеры и размещение, а также боковые светопроемы определяют по расчету.

ШУМЫ И ВИБРАЦИИ

Возникающий при работе техноло­гического и инженерного оборудова­ния шум - серьезная производствен­ная вредность. Известно, что если шум на 15-20 дБ превышает допустимые значения, производительность труда снижается на 10-20%, увеличивается производственный травматизм, появ­ляются профессиональные заболева­ния.

Виды шумов, их оценка и нормиро­вание. Производственные шумы клас­сифицируют по следующим призна­кам: по природе возникновения, по ха­рактеру спектра, по распределению уровней шума во времени и по уровням звукового давления.

По природе возникновения наибо­лее распространенные в производст­венных зданиях шумы механического происхождения, возникающие при ра­боте машин и механизмов (излучение звука происходит за счет вибрации), и аэродинамические, сопровождаю­щие работу реактивных двигателей, турбин, двигателей внутреннего сгора­ния, воздуходувок, вентиляторов, ком­прессоров (излучение звука происхо­дит при движении газа или жидкости за счет пульсации).

По характеру спектра шумы бы­вают широкополосными и тональными. Широкополосный - это шум с непре­рывным спектром шириной более од­ной октавы; тональный - шум, в спектре которого имеются выражен­ные дискретные1 тона. Кроме того, шумы в зависимости от распределе­ния уровней звукового давления в спектре подразделяют на четыре груп­пы: низкочастотные с преобладанием максимальных значений на частотах 20-250 Гц; среднечастотные 500- 1000 Гц; с плоским спектром 63- 8000 Гц и высокочастотные 1000- 8000 Гц.

По временным характеристикам шум подразделяют на: постоянный - уровень звука которого изменяются во времени не более чем на 5 дБА, и не­постоянный, у которого за этот про­межуток времени уровень звука изме­няется более чем на 5 дБА. Непосто­янный шум бывает колеблющийся во времени (уровень звука непрерывно меняется во времени); прерывистый (уровень звука ступенчато изменяет­ся на 5 дБА и более, причем длитель­ность интервалов, в течение которых уровень звука остается постоянным, составляет 1 с или более) и импуль­сный (состоящий из одного или нес­кольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с).

По уровню звукового давления шу­мы подразделяют на три группы: сла­бые - уровень звукового давления до 40 дБ, средние - от 40 до 80 дБ и вы­сокие - свыше 80 дБ.

На предприятиях важным мероп­риятием по борьбе с шумом является его нормирование. Проблемы, возни­кающие при измерениях и оценке шу­ма, разделяют на две группы: огра­ничение шумового воздействия на че­ловека (санитарно-гигиенические нор­мы) и ограничение шумовых характе­ристик самих машин (технические нормы).

Характеристикой постоянного шу­ма на рабочих местах являются уров­ни звуковых давлений L, дБ, в октавных полосах со среднегеометри­ческими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. В необхо­димых случаях при нормировании шу­мовых характеристик расширяют ука­занный выше частотный диапазон. Для ориентировочной оценки (напри­мер, при проверке органами надзора, выявления необходимости мер шумо-глушения и др.) за характеристику постоянного шума на рабочем месте принимают уровень звука L А, дБА.

Характеристикой непостоянного шума на рабочих местах является инте­гральный критерий - эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА, т. е. уровень звука постоянного широ­кополосного шума, который имеет то же самое среднее квадратичное дав­ление, что и данный непостоянный шум в течении определенного интервала времени.

В качестве допустимых санитарно-технических норм устанавливают та­кие уровни шума, действие которых в течении длительного времени не вы­зывает снижения остроты слуха и обес­печивает удовлетворительную разбор­чивость речи на расстоянии 1,5 м от говорящего. Допустимые уровни зву­кового давления в октавных полосах частот, уровни звука и эквивалентные уровни звука в дБА на рабочих местах производственных помещений и на территории предприятий приведены в табл Техническое нормирование шума - это система ограничений характе­ристик машин, оборудования, строи­тельных и других объектов, конечный итог которой - выполнение санитар­но-гигиенического нормирования В от­личие от санитарных норм ввести еди­ные технические нормы для всех типов машин не представляется возможным, так как эти нормы устанавливают с учетом конкретных технических ха­рактеристик.

Защита от производственного шу­ма - сложная техническая проблема, усугубляемая тем, что цеха современ­ных промышленных предприятий име­ют большие производственные площа­ди, насыщенные разнообразным тех­нологическим оборудованием, созда­ющим высокие уровни шума и обслу­живаемые большим числом рабочих.

Мероприятия по защите от шума эффективны, если их разрабатывают на стадии проектирования промыш­ленного предприятия и основывают на акустических расчетах, в резуль­тате которых определяют ожидаемые уровни шума и необходимые меры по его снижению.

Как известно, звуковое поле в по­мещении определяется видом и рас­положением источников звука внутри помещения, а также характеристика­ми ограничивающих его поверхностей. Если в помещении работают источни­ки шума (станки, рабочее оборудо­вание, агрегаты, машины), то в точку приема — ухо человека- попадают два вида звуковых волн - прямой звук, идущий непосредственно от ис­точника, и отраженный от поверхности помещения. Уровень звукового давле­ния в дБ в какой-либо точке произ­водственного помещения при одном источнике шума может быть определен по формуле:

,

где Lc - сжатый уровень звуковой мощ­ности источника шума в дБ; Ф — фактор направленности источника шума, безразмерный, определяемый по опытным данным и прини­маемый для источников с равномерным излу­чением звука равным 1; S площадь в м2 воображаемой поверхности правильной геометрической формы, окружаю­щей источник шума, по возможности равно­удаленной от его поверхности и проходящей че­рез расчетную точку, определяется по формуле:

где - пространственный угол излучения звука, принимаемый равным , когда ис­точник расположен в пространстве (на колонне в помещении); ; когда источник нахо­дится на поверхности стены, перекрытия и т. д., r - расстояние от источника шума до расчетной точки, в м; S - общая площадь ограждающих конструкций, ограничивающих производственное помещение, м, - средний коэффициент звукопоглощения, определяемый по опытным данным, безразмерная величина.

Зашита от шума в производствен­ных помещениях ведется в двух на­правлениях: снижение шума за счет мероприятий, проводимых в самом ис­точнике шума, и снижение шума архи­тектурно-планировочными и строи­тельно-акустическими методами. Наи­более радикален первый путь. При этом снижения шума достигают изменением производственного процесса, напри­мер, заменой ударных процессов безу­дарными, правильной эксплуатацией рабочего оборудования и многим дру­гим. Однако не всегда снижение шума возможно достичь таким путем. В этом случае защита рабочих от шума ве­дется архитектурно-планировочными и строительно-акустическими метода­ми, посредством звукоизоляции источ­ников воздушного шума или группы людей, звукопоглощения и отражения звуковой энергии на пути ее распрост­ранения и виброизоляции технологи­ческого оборудования.

Так как теоретические и практи­ческие вопросы звукоизоляции были рассмотрены ранее, остановимся на некоторых особенностях борьбы с шу­мом в производственных помещениях.

Одним из эффективных способов уменьшения шума в цехах является применение звукоизолирующих кожу­хов - устройств, обеспечи­вающих герметичную преграду на пути распространения воздушного шума от отдельного агрегата или его части. Кожухи изготовляют из металла, пластмассы или дерева с внутренней облицовкой звукопоглотителем. Такое решение позволяет в зависимости от характера шума и конструкции кожу­ха снизить уровень шума в помещении на низких частотах на 15-20 дБ, а на высоких частотах до 25-30 дБ. В тех цехах, где мероприятия по шумопоглошению трудноосуществимы или требуют больших материальных за­трат, устанавливают для обслужива­ющего персонала звукоизолирующие кабины, которые устраивают со смот­ровыми окнами. Из кабин ведется дис­танционное управление и контроль за работой оборудования. Для защиты рабочих от прямого воздействия зву­ковой энергии на пути распространенения шума устанавливают акустичес­кие экраны или выгородки. Эффективность работы экрана и вы­городки обусловлена расстоянием от источника шума, размерами, а также зависит от размеров помещения и от наличия в помещении звукопоглоща­ющих конструкций. Экраны и выгород­ки изготавливают из стальных и алю­миниевых листов толщиной 2-3 мм, фанеры 4-10 мм, органического стек­ла 5-10 мм и других материалов. От­дельные участки экранов могут быть остеклены. Сторону, обращенную к ис­точнику шума, покрывают звукопогло­щающим материалом, который закры­вают перфорированным листом или металлической сеткой. Правильно вы­полненным экраном или выгородкой можно снизить звуковое давление на низких и средних частотах звука на 5-6, а на высоких на 10-15 дБ. Осо­бо эффективны звукоизолирующие ка­бины, кожухи, экраны и выгородки в борьбе с высокочастотным шумом, или ультразвуком.

Ультразвук представляет собой уп­ругие колебания и волны, частота ко­торых превышает 12500 Гц. В послед­ние годы ультразвук нашел широкое применение в технологических процес­сах ряда отраслей. Чтобы предотвра­тить неблагоприятные влияния ульт­развука на здоровье работающих, ус­тановлены допустимые уровни звуко­вого давления в 1/3 октавных полосах со среднегеометрическими частотами 12500, 16000, 20000, 25000, 31500 и 100000 Гц на рабочих местах ультра­звуковых установок.

Ультразвуковые установки, при ра­боте которых уровни звукового и ульт­развукового давления превышают до­пустимые, должны быть оборудованы звукоизолирующими кабинами, кожу­хами, выгородками или экранами.

При борьбе с шумом используются средства звукопоглощения. Увеличе­ние среднего коэффициента звукопо­глощения а по помещению уменьшает уровень шума в помещении, так как уменьшается величина отраженной звуковой энергии. Повышение звуко­поглощения может быть достигнуто устройством звукопоглощающих обли­цовок потолков и стен или подвеской звукопоглотителей - кулис. Облицов­ка ограждающих поверхностей звуко­поглощающими, материалами позво­ляет получить акустический эффект в зоне отраженных волн до 18-15 дБ, а в зоне прямых - 2-3 дБ.

Обычно звукопоглощающая обли­цовка состоит из защитного слоя, вы­полняемого из перфорированных лис­тов металла, пластмассы или асбесто­цемента и звукопоглощающего мате­риала (например, стекломинераловатных матов толщиной 50-100 мм) с прокладкой между ними тонкой акус­тически прозрачной ткани (стекло­ткань). В случае преобладания в спек­тре излучаемого шума низких частот звукопоглощающую облицовку уста­навливают на относе от поверхности стен на 100-150 мм. Кулисы крепят на потолке обычно в низких произ­водственных помещениях (высота по­мещения - 3-6 м). Их из­готавливают в виде геометрических тел, щитов или панелей из различных материалов - перфорированных лис­тов металла, пластмассы, листов кар­тона и т. п., склеенных или заполнен­ных звукопоглощающим материалом. В соответствии со спектром шума осу­ществляют выбор материала поглоти­теля. В первую очередь понижают уро­вень шума в области наибольшей чувствительности слуха, т. е. на часто­тах 500-4000 Гц. Однако если низко­частотный шум преобладает над вы­сокочастотным, проводят необходимые мероприятия и по его снижению. Ког­да снижение шума невозможно достичь при помощи средств, указанных выше, а это обычно бывает в зоне пря­мых звуковых волн (до 2-3 м от ис­точника), для борьбы с шумом исполь­зуют индивидуальные средства заши­ты: наушники, шлемы и заглушки, ус­танавливаемые в ухо человека.

Вибрации воздействуют при опре­деленных частотах и амплитудах коле­баний на конструкции промышленного здания, возникая от работы производ­ственного оборудования, вызывая при этом шум и сотрясения. Если частота вибраций конструкций и оборудования совпадает, возникает явление резонанса, при котором возрастают не только шум, но и колебания, что в от­дельных случаях может привести к серьезным повреждениям конструк­ций.

Воздействие вибраций на челове­ка во всех отношениях крайне вредно. Для того чтобы устранить вибрации, улучшают конструктивные характеристики оборудования (устра­няют перекосы и зазоры, центрируют части машины, производят баланси­ровку вращающихся элементов и т. д.), а также устраивают виброизоляцию.

Виброизоляцию под оборудование выполняют в виде специальных осно­ваний, которые располагают между агрегатом и фундаментом или другой несущей конструкцией здания. Виброизолирующее основание состоит из ра­мы или плиты и виброизоляторов (амортизаторов), которые устраивают обычно в виде стальных пружин, резиновых или цельнометал­лических (пружинящий элемент - по­душка из проволочек) прокладок. На­чинают применять виброизоляторы с пневматическими пружинами.

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И СРЕДЫ НА ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ

Следует отметить, что на объемно-планировочные и конструктивные решения промыш­ленных зданий значительно влияют технология производства и производственная среда.

В данном случае под производственной средой понимают ее только физико-технический аспект, т. е. пространство, заполняющую его воздушную среду, световой и звуковой режимы.

Очевидно также, что производственная среда через объемно-планировочное и конструктивное решения влияет на внешний облик зданий и промышленного предприятия в целом. По внешнему виду многих промышленных предприятий легко определить их назначение, а также примененные конструкции, имея в виду материал конструкций и его конструктивную систему. Иначе говоря, в архитектуре промышленных зданий проявля­ется закон взаимосвязи функциональной (технологической), технической и художественной сторон архитектуры.

Технологический процесс, его характеристики определяют размеры и форму необходимого пространства для размещения технологического и подъемно-транспортного оборудования и передвижения в здании сырьевых материалов, предметов труда в процессе их производства и готовой продукции, а также размеры необходимого рабочего пространства для выполнения людьми своих производственных функций и для их передвижения в помещении (проходы).

Очевидно, что в правильном объемно-планировочном решении здания создаваемое им пространство должно быть использовано в максимальной степени, но без нарушения технических и санитарно-гигиенических ограничений, которые установлены нормами проектирования промышленных предприятий данного вида.

Так как процессы, происходящие в цехах, автоматизированы, то для размещения небольшого числа работающих и их передвижения с целью наблюдения за работой обо­рудования оставлены проходы минимальных размеров и служебные лестницы для сообщения между рабочими площадками, расположенными на разных отметках. Между аг­регатами предусмотрено минимальное, не занятое оборудованием пространство, необходимое для его монтажа и демонтажа (на чертеже это пространство не видно, поскольку оно не попало в разрез).

Размеры помещений определены с учетом мостового крана, предназначенного для подъема тяжелых и крупногабаритных элементов. Если подъемно-транспортное оборудование расположено в два яруса, то свободное пространство над оборудованием может быть еще больше, учитывая габариты двух мостовых кранов и перемещаемого.

Величина пространства некоторых производственных помещений зависит главным образом от габаритов изделий, как, например, в самолетосборочных цехах. Размеры требуемого пространства определяют на основании характеристик технологического процесса, включая данные о количестве и габаритах оборудования, сырьевых материалов и готовой продукции.

Рабочее пространство для людей определяют на основании оценки всех положений человека, занятого выполнением производственных операций, с учетом создания удобных условий в процессе труда, требований эргономики, санитарной гигиены, технологии.

Общее рабочее пространство определяют по сумме всех рабочих мест, где могут находиться люди, занятые выполнением производственных операций, постоянно в течение всего рабочего времени или периодически.

Пространство для передвижения людей в производственном помещении и здании, т. е. проходы и коммуникационные помещения, предусматривают для доступа к рабочим местам и для контроля за работой оборудования, а также для быстрой и безопасной эва­куации людей из помещений и здания в случае пожара или других аварийных обстоятельств. Если в производстве используют напольное подъемно-транспортное обо­рудование, то размеры проходов или проездов определяют по условиям их удобного передвижения и работы. При этом учитывают обеспечение их безопасности при работе напольного транспорта и возможность беспрепятственной эвакуации.

Кроме пространства, необходимого для размещения технологического и подъемно-транспортного оборудования, рабочих мест и проходов, объемно-планировочное решение здания должно учитывать объемы для размещения помещений вспомогательного назначения, помещений культурно-бытового обслуживания, объемы, занятые строительными конструкциями, и объемы неиспользуемые, но неизбежно образующиеся в результате компоновки технологического оборудования и строительных конструкций, поскольку невозможно добиться полного полезного использования пространства в условиях технологических и строительно-технических ограничений.

При проектировании объем здания обычно разбивают на зоны в соответствии с назначением образуемого им пространства. Межферменное пространство, относящееся обычно к объемам, образованным строительными конструкциями, выделено в отдельную зону, использованную для размещения инженерного оборудования (вентиляционных устройств и т. п.) и технологических коммуникаций (трубопроводов, кабелей и пр.). Использование полезного свободного пространства, образованного строительными конструкциями (межферменного, межколонного), позволят в ряде случаев существенно уменьшить объем здания и получить соответствующий экономический эффект.

От характеристики технологических процессов зависят и другие аспекты объемно-планировочных и конструктивных решений производственных зданий. Например, величины статических и динамических нагрузок от технологического и подъемно-транспортного оборудования обусловливают выбор этажности (размещение тяжелого оборудования непосредственно на грунте в одноэтажных зданиях), выбор материала для несущих кон­струкций здания (железобетон или сталь), выбор конструктивной системы (например, балочных и базбалочных перекрытий в многоэтажных промышленных зданиях или системы каркаса) и т. п.

Габариты технологического оборудования или выпускаемых изделий определяют требуемый размер пролета здания, который, в свою очередь, обусловливает выбор конструктивного решения покрытия (плоские или пространственные системы).

	τ′si =20 −	1 (20− (− 28))							° С.
							−1	12,49

Определяем температуру поверхности стены τ si вне места расположения теплопроводного включе-

ния, используя формулу (3.36). Имеем

τ si = 20− 1 (20 − (− 28)) = 15,24° С. 1,16 8,7

Температура в месте расположения армированного бетонного шва τ′ si = 12,49° С ниже темпера-

туры остальной глади стены τ si = 15,24° С на 2,75° С.

3.6 Нормирование теплозащитных качеств стен

Как видно из рассмотренного выше, теплозащитные качества стен с точки зрения расхода тепло-

вой энергии определяются величиной теплового потока, проходящего через ограждения, или обрат-

ной ему величиной сопротивления теплопередаче [см. формулу (3.16)]. Санитарно-гигиенические ус-

ловия в помещениях в зимний период во многом зависят от температуры внутренней поверхности наружной стены. Температура поверхности должна ограничиваться из условия минимальной отдачи тепла от тела человека наружной стене, а также из условия невыпадения конденсата на поверхности ограждения.

В этой связи в СНиП 23-02–2003 для зданий установлены три нормируемых показателя тепловой защиты:

– приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов ограждающих конструкций здания, в том числе и наружных стен;

– санитарно-гигиенический показатель, определяющий перепад между температурой внутреннего воздуха и температурами поверхностей ограждающих конструкций, в том числе и стен;

– удельный расход тепловой энергии на отопление здания, позволяющий варьировать величинами теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий, в том числе и стен.

Для обеспечения наружными стенами первого показателя необходимо, чтобы приведенное сопротивление теплопередаче стены R 0 r , м2 ·° С/Вт, было согласно не менее нормируемого значенияR req , м2 ·° С/Вт, т.е.

где t int – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания,° С, принимаемая для жилых, ле- чебно-профилактических и детских учреждений, школ, интернатов, гостиниц и общежитий по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20…22° С), для других общественных зданий согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494 (в интервале 16…21° С);t ht ,z ht – средняя температура наружного воздуха,° С, и продолжительность, сут., отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01–99* для периода со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 10° С – при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домовинтернатов для престарелых и не более 8° С – в остальных случаях.

Следует иметь ввиду, что приведенное сопротивление теплопередаче R 0 r , м2 ·° С/Вт, для наруж-

ных стен необходимо рассчитывать для фасада здания в целом либо для одного промежуточного

этажа с учетом откосов проемов без заполнений окон. Методики расчетов R 0 r приведены в СП 23-

Для обеспечения наружными стенами второго, санитарно-гигиенического, показателя необходимо, чтобы расчетный температурный перепад ∆t 0 ,° С, между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены не превышал нормируемой величины ∆t n ,° С, установ-

ленной в СНиП 23-02–2003 .

Нормативная величина ∆t n для наружных стен жилых, лечебно-профилактических и детских учреждений, школ, интернатов равна 4° С, для других общественных зданий она составляет величину

4,5 ° С.

Расчетный температурный перепад ∆t 0 определяется по формуле

t int	∆t 0		n (t int	− t ext)
			Rr α

где n – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности воздуху (для наружных стен его величина равна 1);α i – коэффициент верхности стены, принимаемый для гладких стен равным 8,7 Вт/(м2 ·° С);

по отношению к наружному теплоотдачи внутренней по- R 0 r – приведенное сопротив-

ление стены, м2 ·° С/Вт;t int – то же, что и в формуле (3.42);t ext – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, принимаемая по СНиП 23-01–99* равной средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92.

Для обеспечения третьего показателя, отвечающего условиям энергосбережения, необходимо, чтобы удельный расход тепловой энергии на отопление здания, отнесенный к 1 м2 площади или к 1 м3 объема здания,q h des , кДж/(м2 ·° С·сут.) или кДж/(м3 ·° С·сут.), должен быть меньше или равен нор-

мируемому значению q h req , т.е.

q h des≤ q h req.

Значения q h req устанавливаются СНиП 23-02–2003 для разных видов зданий в зависимости от их назначения и этажности. Значенияq h des рассчитываются по методике, изложенной в .

Требования теплозащиты для гражданских зданий считаются выполненными, если одновременно соблюдаются требуемые условия по первому и второму показателям или по второму и третьему показателям при соблюдении определенной величины первого показателя.

Достижение третьего показателя без значительного повышения приведенного сопротивления те-

плопередаче ограждений может быть обеспечено за счет выбора рациональных объемно-

планировочных решений и соответствующих систем поддержания микроклимата. Выбор оптималь-

ных по теплозащите объемно-планировочных решений возможен только при проектировании новых

зданий. Поэтому для эксплуатируемых зданий, у которых наружные ограждения запроектированы по

ранее действующим нормам теплозащиты, как правило, необходимо обеспечивать соблюдение нор-

мативных требований в основном по первому и второму показателям.

Следует отметить, что если выполняется условие (3.44), то величина R 0 r для стен может быть сниже-

на до величин R min , определяемых как

где A e sum – общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, м2 ;V h –

отапливаемый объем здания, ограниченный внутренними поверхностями наружных ограждений, м3 .

Величина K e des не должна превышать значений, нормируемых СНиП 23-02–2003 .

Кроме рассмотренных выше трех нормируемых показателей к стенам согласно СНиП 23-02–2003

Предъявляется также требование по температурам внутренней поверхности стены в зоне тепло-

проводных включений (места опирания железобетонных плит, ригелей, жестких связей облегченной

кладки и т.п.), на углах и оконных откосах. Эти температуры должны быть не ниже температуры

точки росы t d ,° С, внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха за холодный

период года.

Температуры поверхностей в углах, на откосах, в местах теплопроводных включений следует

определять на основании расчета температурных полей (см. параграф 3.4) или по приближенным ме-

тодикам, данным, например, в СП 23-101–2004 (см. параграф 3.5).

Расчет температуры точки росы подробно рассмотрен в главе 4.

Рассмотренные выше нормативные показатели теплозащиты стен в полном объеме введены в

практику проектирования и строительства с 2003 г. До этого времени теплотехнические параметры

стен устанавливались в соответствии с действующими в тот период нормами проектирования тепло-

защиты (например, СНиП II-В.3 «Строительная теплотехника», действующим до 1962 г., СНиП II-

теплотехника. Нормы проектирования», действующим до 1972 г., СНиП II-А.7–71 «Строительная те-

плотехника. Нормы проектирования», действующим до 1979 г., СНиП II-3–79 «Строительная тепло-

техника. Нормы проектирования», действующим с отдельными изменениями до 2003 г.).

До 1995 г. во всех перечисленных редакциях СНиПа сопротивления теплопередаче стен нормировались только по санитарно-гигиеническим условиям. При этом сопротивление теплопередаче стеныR 0 должно было быть не менее требуемого сопротивления, определяемого по формуле

R тр=	n(tв − tн )
	αв ∆t н

где n – то же, что и в формуле (3.41);t в – расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая по нормам проектирования, действующим в этот период для зданий соответствующего назначения;t н

– расчетная зимняя температура воздуха, принимаемая по главе СНиП «Строительная климатология и геофизика» с учетом тепловой инерции стены; α в – то же, что иα i в формуле (3.43); ∆t н – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены, равный для жилых и подобных им по назначению общественных зданий 6 и 7° С для остальных общественных зданий.

Как видно из формулы (3.47) в перечисленных выше нормах климатические условия района строительства учитывались весьма ограниченно. При этом практически не учитывался расход тепловой энергии, напрямую зависящий от градусо-суток отопительного периода. Обеспечение санитарно-

гигиенических условий связано в формуле (3.47) с величиной ∆t н . Видно, что в отмененных нормах она превышала нынешний уровень ∆t n для стен в 1,5 раза, а по отношению к оптимальному гигиеническому уровню (см. табл. 2.1) превышение было равно трем.

Таким образом, практически все находящиеся в настоящее время в эксплуатации гражданские здания с кирпичными стенами не отвечают требуемому современному уровню теплозащиты как по условиям энергосбережения (первый и третий показатели действующих норм), так и по санитарногигиеническим условиям (второй показатель действующих норм).

Для обеспечения требований теплозащиты необходимо все кирпичные стены эксплуатируемых гражданских зданий дополнительно утеплять. При этом сопротивление теплопередаче наружных стен должно быть повышено в зависимости от климатических условий в 2,5 – 3,0 раза. При таком увеличении сопротивления теплопередаче, как правило, автоматически

обеспечиваются требования и по санитарно-гигиеническим условиям (по второму показателю действующих норм).

Вопросы, связанные с дополнительным утеплением стен эксплуатируемых зданий, рассмотрены в главе 6.

4 ВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ КИРПИЧНЫХ СТЕН ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

Влажностный режим кирпичных стен является одним из важнейших показателей их эксплуатационных качеств.

Как показано ранее, повышение влажности материалов кирпичной кладки приводит к значительному повышению ее теплопроводности и, соответственно, к снижению теплозащитных свойств стены.

Повышенная влажность стен не приемлема также и с гигиенической точки зрения. Влажный материал является средой, обеспечивающей появление и развития грибков, плесени и болезнетворных бактерий. Высокая влажность стен способствует увеличению влажности внутреннего воздуха. При наличии плесени это приводит к резкому ухудшению санитарно-гигиенических условий среды обитания.

Влажность материалов кладки влияет на долговечность стен. Влажные материалы имеют меньшую морозостойкость и, следовательно, срок службы их в условиях попеременного замораживания и оттаивания резко сокращается.

В этой связи при эксплуатации зданий с кирпичными стенами необходимо обеспечивать условия, ограничивающие возможность попадания и накопления влаги в стенах в период их эксплуатации.

4.1 Причины появления и накопления влаги в наружных кирпичных стенах

Выбор мер, обеспечивающих защиту кирпичных стен от повышенного увлажнения, зависит от путей попадания влаги в кладку стен. Имеется достаточно много причин появления и путей проникновения влаги в толщу стен.

Влага, накапливающаяся в конструкциях, может быть классифицирована в зависимости от причин ее появления в ограждениях. Различают строительную, атмосферную, эксплуатационную, грунтовую, гигроскопическую и конденсационную влагу.

Строительная влага вносится в кирпичные стены в процессе их возведения. При кладке стен влага попадает в толщу в месте с кладочным раствором, а также проникает в них при выпадении во время строительства атмосферных осадков в виде дождя и мокрого снега. В этой связи влажность возводимых стен существенно зависит от климатических условий в период строительства и продолжительности возведения здания. Строительная влага в стены попадает также при выполнении мокрой штукатурки и, особенно, с внутренней стороны стен.

Процесс естественного удаления строительной влаги из кирпичных стен в силу их конструктивных особенностей весьма продолжителен. В зависимости от конструктивного решения стены (сплошная кладка, кладка с термовкладышами и др.) и вида материалов кладки (красные, силикатные, шлаковые кирпичи, известковые, цементные, сложные растворы и др.) процесс ее сушки в естественных условиях может продолжаться в течение нескольких лет.

Как показывает практика, строительная влага не оказывает существенного влияния на дальнейший влажностный режим и долговечность стен в том случае, если удаляется из них в течение первых одно- го-двух лет эксплуатации.

Для более быстрого удаления строительной влаги в первый период эксплуатации влажных кирпичных стен рекомендуется интенсифицировать сушку за счет немедленного включения в действие систем отопления и вентиляции с повышенными температурами и скоростями движения воздуха. Также можно применять искусственную сушку, используя переносные нагревательные приборы в виде воздуходувок.

Атмосферная влага может проникать в кирпичные стены при смачивании наружной поверхности водой при косом дожде и мокром снеге с ветром. Попадание влаги в стены может также происходить в результате замачиваний стен из-за недостаточного выноса карнизов, неисправности кровли на карнизах и повреждений водостоков. Увлажнению стен также способствуют неудовлетворительно выполненные или разрушенные в процессе эксплуатации защитные слои и отливы на поясках, промежуточных карнизах и других, выступающих за плоскость стен элементах.

Атмосферная влага при определенных условиях может проникать в глубь наружных слоев стен и в сочетании с другими климатическими факторами внешней среды, как показано в главе 2, приводить к их быстрому разрушению.

Конструктивные мероприятия, исключающие проникновение атмосферной влаги в кирпичные стены, рассмотрены в п. 4.5.

Эксплуатационная влага проникает в стены при непосредственном контакте с ограждениями воды, появляющейся в результате повреждения в гражданских зданиях систем водопровода, отопления и канализации. Процесс увлажнения стен такой влагой зависит от качества эксплуатации указанных выше систем. В зданиях с изношенными элементами систем водопровода и канализации наружные стены в санитарно-технических помещениях часто имеют значительные повреждения кладки из-за размораживания. Основной мерой по ограничению увлажнения наружных стен эксплуатационной влагой является своевременное выполнение мероприятий по содержанию и ремонту систем, исключающих прорывы воды. На стадии проектирования зданий необходимо разрабатывать планировочные решения, ограничивающие расположение помещений с мокрыми процессами у наружных стен. К конструктивным мерам, исключающим попадание эксплуатационной влаги в стены, относится устройство на стенах водонепроницаемых штукатурок и облицовочных плиток.

Грунтовая влага проникает в кирпичные стены в результате капиллярного всасывания в тело фундаментов и нижней части стен влаги из грунта. При определенных условиях капиллярная влага может подниматься на высоту 2,0…2,5 м от уровня земли. Увлажнения стен грунтовой влагой происходят чаще всего в зданиях постройки ранее ХХ в. Связано это, как правило, с отсутствием горизонтальной гидроизоляции между фундаментом и стеной или с последующими наслоениями культурных слоев грунта выше уровня горизонтальной гидроизоляции.

Защита стен от капиллярной влаги в эксплуатируемых кирпичных зданиях является сложной задачей,

требующей значительных материальных затрат и времени. Конструктивные мероприятия, исклю-

чающие подъем капиллярной влаги в кирпичных стенах, рассмотрены в п. 4.5.

Гигроскопическая влага появляется в кирпичных стенах в результате гигроскопичности материалов кладки. Гигроскопичность – это свойство материалов поглощать (сорбировать) влагу из воздуха. Этой способностью в разной степени обладают все строительные материалы, включая кирпичи и кладочные растворы. Повышению гигроскопичности способствует наличие в материалах кладки хлористых солей (хлористый магний, хлористый кальций, хлористый натрий и др.). Появление солей в кладке связано с добавлением их в кладочный раствор для снижения температуры замерзания раствора и в результате этого удлинения времени набора прочности раствором в условиях зимних низких температур. В стенах, сложенных с противоморозными добавками (хлористый натрий, нитрат натрия и др.), обладающими высокой гигроскопичностью, при эксплуатации накапливается большое количество сорбционной влаги и в результате значительно ухудшаются теплозащитные свойства стен. На внутренних сторонах стен в помещениях с повышенной влажностью (туалетах, ванных комнатах и др.) появляются сырые пятна, образуется налет выщелоченных солей. Устранение этих явлений в процессе эксплуатации зданий весьма затруднительно. Поэтому при возведении кирпичных стен необходимо избегать приме-

нения в них материалов, обладающих повышенной сорбцией (например, шлаковых кирпичей), а также не использовать при кладке в зимних условиях гигроскопичных противоморозных добавок.

Конденсационная влага появляется в кирпичных стенах в результате конденсации на внутренней поверхности стен и в их толще паров влаги из воздуха, омывающего поверхности стен и проникающего через поры в конструкцию. Во многих случаях конденсация влаги является основной причиной увлажнения кирпичных стен эксплуатируемых зданий.

Процесс накопления и удаления конденсационной влаги является сложным физическим процессом, связанным с явлениями тепло- и массопереноса. Выбор эффективных мероприятий по ограничению конденсационной влаги в стенах зависит от ясного представления о процессах накопления, переноса и удаления влаги. Эти сведения позволяют эксплуатационникам обеспечивать необходимые условия эксплуатации, исключающие повышенное увлажнение стен.

Конструктивные мероприятия по исключению или ограничению сорбционного и конденсационного увлажнения стен рассмотрены ниже.

4.2 Конденсация влаги на поверхностях стен и меры по ее ограничению

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 , дает количественные сведения о влаге воздуха.

При расчетах конденсации влаги удобнее пользоваться величиной парциального давления водяного пара в воздухе, называемойупругостью водяного пара e и измеряемой в Па. Упругость водяного пара и абсолютная влажность воздуха взаимосвязаны. Чем выше влажность воздуха, тем выше и упругость водяного пара. Следовательно, величина упругости водяного пара может являться и характеристикой его влажности.

При определенной температуре воздуха упругость водяного пара не может превышать определенного значения. Это предельное значение называется парциальным давлением насыщенного водяного пара илимаксимальной упругостью водяного пара Е , Па. ВеличинаЕ зависит от температуры возду-

ха. Чем выше температура, тем больше значение Е , т.е. тем большее количество влаги может содержаться в воздухе. Значения величиныЕ в зависимости от температуры воздуха приведены в приложении в табл. П3 и табл. П4.

Действительная упругость водяного пара е не дает представления о степени насыщения воздуха влагой. Для этого ее нужно сравнивать с максимальной упругостью водяного параЕ при данной температуре исследования. В этой связи в практике оценки степени насыщения воздуха влагой используетсяотносительная влажность воздуха ϕ , выражающая в процентах отношение действительной упругости водяного парае к максимальной его упругостиЕ при конкретной температуре помещения, т.е.

			100 , %.

Если температура воздуха с данной влажностью повысится, то его относительная влажность понизится. Это связано с тем, что величина упругости водяного пара е останется без изменения, а значение максимальной упругостиЕ увеличится с повышением температуры. Наоборот, при охлаждении воздуха по мере понижения температуры относительная влажность его будет увеличиваться вследствие уменьшенияЕ .

При температуре, когда е становится равнойЕ , относительная влажность воздуха будет равной 100 %, т.е. воздух будет предельно насыщенным водяным паром. При дальнейшем понижении его температуры начнется конденсации влаги. Температура предельного насыщения воздуха водяным паром называет-

ся температурой точки росы td .

Так как внутренняя поверхность наружных ограждений в зимних условиях имеет температуру ниже температуры воздуха помещения, при соприкосновении воздуха с поверхностью происходит его охлаждение и, следовательно, повышение величины ϕ . Если температура поверхностей окажется ниже температуры точки росыt d , на них возможно выпадение конденсата. В этой связи при проектировании и эксплуатации стен необходимо проверять условия образования на них конденсата. Конденсат на поверхности не образуется, если ее температураτ si больше температурыt d . Величинаτ si находится по формуле

В случае, если температура τ si меньше температуры точки росыt d , на поверхности ограждения образуется конденсат.

Температура различных поверхностей стены неодинакова. В углах и в местах теплопроводных включений она ниже, чем на глади стены. Кроме того, температура поверхностей во времени не бывает постоянной. Поэтому условия для конденсации влаги могут быть различными:

1) τ si < t d – конденсация возможна по всей внутренней поверхности наружной стены;

2) τ si > t d > t уг – конденсация влаги возможна в наружном углу при отсутствии конденсации на остальной поверхности стены;

3) τ si > t d > τ min – возможна периодическая конденсация, связанная с понижением температуры внутренней поверхности ограждения в результате недостаточной теплоустойчивости стены.

Следовательно, при оценке выпадения конденсата необходимо определять не только температуру на глади стены, но и в местах, где возможно ее понижение, а также устанавливать возможные колебания температур поверхностей при изменениях температур наружного воздуха и колебаниях отдачи тепла отопительными приборами.

При проверочных расчетах по минимальной температуре внутренней поверхности стен обычно определяют допускаемую предельную относительную влажность воздуха, при которой начинается конденсация влаги на поверхности ограждения. Если полученная величина относительной влажности воздуха окажется больше действительной его влажности, ограждение будет гарантировано от конденсации влаги на его внутренней поверхности.

Пример 4.1. Для кирпичной стены дома необходимо установить предельную допустимую влажность воздуха в помещении, при которой исключается выпадение конденсата на стене. При обследованиях установлено, что при температуре наружного воздуха равнойt ext = –28 ° C и температуре воздухаt int = 18° C температура на глади поверхности составилаτ si = 13,0° С, а в углуτ уг = 8,0° С.

Решение. Температуре внутреннего воздухаt int = 18° C согласно табл. П4 соответствует величинаЕ

Температуре угла τ уг = 8,0° С соответствует по табл. П4 величинаЕ = 1072 Па.

Предельная относительная влажность, при которой еще будет отсутствовать конденсация в углу, составляет величину

ϕ уг = 1072 2064 100= 51,9 %.

Температуре на глади стены τ si = 13,0° С соответствует по табл. П4 величинаЕ = 1497 Па. Предельная относительная влажность, при которой еще будет отсутствовать конденсация на глади

стены, составляет величину

ϕ ст = 1497 2064 100= 72,5 %.

Следовательно, первоначальное выпадение конденсата произойдет в углу стены при относительной влажности воздуха выше 51,9 %. Конденсат на глади стены будет выпадать при повышении влажности более 72,5 %.

Пример 4.2. Проверить возможность выпадения конденсата на внутренней поверхности стены жилого дома, имеющей сопротивление теплопередачеR 0 = 0,90 м2 ° С/Вт, при температурах внутреннего и наружного воздуха равныхt int = 18° C иt ext = –28 ° C. Относительная влажность воздуха в помещении равнаϕ int = 55 %. Установить при данных параметрах предельную величину относительной влажности, при которой возможно выпадение конденсата на стене.

Решение. Используя формулу (3.36), определяем температуру внутренней поверхности стены

τ si = 18− 18 − (− 28) = 12,1° С. 8,7 0,90

При расчете в формуле (3.36) значение α i принято согласно СНиП 23-02–2003 равнымα i = 8,7 Вт/(м2 ° С).

По табл. П4 для t int = 18° C находимЕ tint = 2064 Па. Тогда в соответствии с формулой (4.1) величинае будет равнае = 55 2064/100 = 1135 Па. Температуру, при которойе станет значением максимальной упругостиЕ , т.е. температуру точки росы, определяем по табл. П4. ДляЕ = 1135 Па температура точки росы равнаt d = 8,8° С.

Конденсации влаги на поверхности не будет, так как τ si = 12,1° С> > t d = 8,8° С.

Конденсация будет возможной, если действительная упругость е станет равной максимальной упругости дляτ si = 12,1° С –Е τ si .

По табл. П4 находим Е τ si = 1412 Па и вычисляем

	ϕ td=							68,4 %.
		E t int
	t int

Следовательно, конденсация влаги на поверхности стены будет возможна при относительной влаж-

ности воздуха выше 68,4 %.

Как видно из изложенного выше, основной мерой против конденсации влаги на внутренней поверхности стены является снижение влажности воздуха в помещении. Это может быть достигнуто улучшением вентиляции помещения.

Для избежания конденсации можно также повышать температуру поверхности стены путем ее утепления. Утепление целесообразно размещать с наружной стороны ограждения. В том случае, если это невозможно выполнить снаружи, утепление размещается с внутренней стороны. При этом для защиты утеплителя от влаги на его поверхности должна быть размещена плотная паронепроницаемая штукатурка.

Пример 4.3. Проверить возможность выпадения конденсата на внутренней поверхности стены общественного здания при расчетной температуре внутреннего воздухаt int = 22° C и относительной влажностиϕ int = 65 %. Температура наружного воздухаt ext = –35 ° C.

При обследовании установлено, что стена сложена из глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 0,51 м и оштукатурена изнутри цементно-песчаным раствором толщиной 0,03 м. Район строительства по зоне влажности климата сухой.

В случае возможности выпадение конденсата определить требуемую толщину дополнительного утеплителя стены, при котором будет исключено выпадение конденсата.

Решение. Так как климат местности сухой, а влажностный режим помещения согласно табл. 2.2 приt int = 22° C иϕ int = 65 % – влажный, условия эксплуатации стены Б. При таких условиях расчетные коэффициенты теплопроводности согласно табл. П2 равны: для кладкиλ кл = 0,76 Вт/(м° С), для штукатуркиλ шт = 0,93 Вт/(м° С). Коэффициенты теплоотдачи стен равны: на внутренней поверхностиα i = 8,7 Вт/(м2 ° С), на наружной поверхностиα е = 23 Вт/(м2 ° С).

Сопротивление теплопередаче стены равно

δ кл

δ шт

0,86 м2 ° С/Вт.

λ кл

λ шт

αе

Температура внутренней поверхности стены в соответствии с формулой (3.36) равна

τ si = 22− 1(22 − (− 35)) = 14,4° С. 8,7 0,86

Максимальная упругость водяного пара при температуре t int = 22° C по табл. П4 составляетЕ tint = 2644 Па.

Действительная упругость водяного пара воздуха согласно формуле (4.1) равна

е = 65 2644/100 = 1719 Па.

Максимальная упругость водяного пара воздуха, соответствующая температуре τ si = 14,4° С по табл. П4, равнаЕ τ si = 1640 Па.

Так как действительная упругость водяного пара е = 1719 Па больше максимальной упругостиЕ τ si = 1640 Па, соответствующей температуре поверхностиτ si = 14,4° С, на поверхности будет выпадать конденсат.

Для прекращения выпадения конденсата стену следует утеплить.

Определяем температуру поверхности стены, при которой прекращается конденсация пара. Она соответствует температуре с максимальной упругостью водяного пара равной действительной упругости водяного пара е = 1719 Па. По табл. П4 имеемτ′ si = 15,1 ° C.

С использованием формулы (3.36) определяем сопротивление теплопередаче стены, при котором на поверхности будет обеспечиваться температура τ′ si = 15,1 ° С:

Величина требуемого дополнительного сопротивления равна

∆ R = R 0 ′ − R 0 = 0,95− 0,86= 0,09м 2 ° С/Вт.

В качестве дополнительного утепления можно принять листы гипсовой штукатурки с коэффициентом теплопроводности λ гш = 0,23 Вт/(м° С). Толщина штукатурки должна быть не менее

δ гш =∆ R λ гш = 0,09 0,23 = 0,02 м.

При размещении у наружных стен помещений с влажным и мокрым режимом (например, ванных комнат), в которых влажность может достигать величин, близких к 100 %, на стенах будет постоянно выпадать конденсат. Предотвратить его появление в этом случае не представляется возможным. В таких ситуациях для исключения замачивания кладки необходимо устраивать на поверхностях стен защиту из паронепроницаемой штукатурки или керамической плитки, укладываемой на цементном растворе с добавкой жидкого стекла. В ряде случаев для защиты стен бывает достаточным нанесение на штукатурку слоя масляной краски.

В настоящее время в кирпичных зданиях старинной постройки часто размещаются заведения с одновременным пребыванием в них в течение некоторого времени большого количества людей (например, бары, кафе, дискотеки и др.). В этих случаях в воздух помещения выделяется большое количество влаги и возможно кратковременное выпадение конденсата на стенах

На стенах, покрытых плотными защитными водонепроницаемыми слоями (например, масляной краской), при конденсации влаги сразу же появляются капли росы, вызывающие негативные ощущения у посетителей. В этом случае более приемлемым является устройство на стенах санирующей штукатурки . Санирующая штукатурка имеет пористую структуру, впитывающую в себя достаточное количество влаги без видимых признаков увлажнения. Когда условия для конденсации влаги исчезают (например, в нерабочее время), штукатурка легко отдает накопленную влагу обратно в воздух помещения. Следует отметить, что использование такой штукатурки возможно только при ограниченном времени конденсации. В случае продолжительной конденсации влаги штукатурка становится сырой и для ее сушки требуется большие промежутки времени. В такой ситуации возможно прохождение накопленной в штукатурке влаги вглубь ограждения. Для исключения последнего санирующую штукатурку следует устраивать по плотной подоснове, например, из плотного слоя цементно-песчаной штукатурки.

4.3 Сорбционное увлажнение кладки кирпичных стен

Строительные материалы, в том числе кирпичи и раствор кладки, поглощают влагу из окружающего воздуха, находящуюся в нем в виде водяного пара. Поглощение водяного пара материалом происходит за счет поглощения пара поверхностью его пор в результате прилипания молекул воды к стенкам пор, а также за счет растворения молекул воды в твердом теле материала. Это явление носит название сорбции.

В отличие от процесса конденсации процесс сорбции не требует разности температур материала и воздуха и в этой связи может происходить при любых температурных условиях.

Величина сорбционного увлажнения материала зависит от относительной влажности воздуха и температуры среды. Установлено, что с понижением температуры сорбционная влажность возрастает. В то же время для материалов кирпичной кладки влияние температуры на сорбционное увлажнение не-

Физико-технические основы проектирования зданий и их ограждающих конструкций Проектирование зданий как искусственной среды жизнедеятельности должно обеспечивать такое состояние среды, которое воспринимается человеком как комфортное. Комфорт внутренней среды определяется как совокупность оптимальных уровней всех её характеристик, не вызывающих чрезмерного напряжения высших регуляторных механизмов организма человека.

1. Элементы строительной теплотехники Оптимальный микроклимат обеспечивается комплексом мер: расположением здания в застройке; объёмно – планировочным решением; системой искусственной климатизации помещений (отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха); выбором наружных ограждающих конструкций.

Задача выбора наружных ограждающих конструкций решается методами строительной теплотехники. Строительная теплотехника базируется на общей теории теплообменных и массообменных процессов. Наружные ограждающие конструкции рассматриваются как открытые термодинамические системы, которые обмениваются с внешней средой энергией путём теплообмена и веществами путём влаго- и воздухообмена.

При проектировании зданий решаются следующие теплотехнические задачи: обеспечение необходимой теплозащитной способности наружных ограждений; обеспечение на внутренней поверхности ограждения температур, незначительно отличающихся от температуры воздуха помещения, во избежание выпадения на этой поверхности конденсата; ограничение воздухопроницаемости наружных ограждений.

В целях упрощения теплотехнического расчёта идеализируют природные процессы: расчёт производят для отапливаемых помещений на зимние условия, когда тепловой поток направлен из помещений в наружную среду; наружное ограждение рассчитывается как плоская стенка, разделяющая воздушные среды с различной температурой и влажностью, ограниченная параллельными поверхностями, и перпендикулярная тепловому потоку; ограждение считается однородным, если оно выполнено их одного материала, и слоистым, если состоит из нескольких материалов, расположенных параллельно внешним плоскостям ограждения.

Коэффициент теплопроводности материала λ равен количеству тепла в Дж, проходящего за 1 час через 1 м кв. стенки толщиной в 1 м из рассматриваемого материала, при разнице температур на её поверхности в 1 градус. Значение коэффициента колеблется в пределах: от 407 Вт/(м*град) у меди до 0,04 Вт/(м*град) у пенопластов. На величину теплопроводности материала влияют его плотность и влажность. Чем меньше плотность материала, тем больший объём занимают заполненные воздухом поры, и тем меньше теплопроводность. Чем больше воздуха в порах вытесняется водой, тем выше становится теплопроводность. На влажность материала влияют климатические условия и влажностный режим эксплуатации помещения.

Рисунок 1 – Распределение температур в однослойном наружном ограждении При переходе тепла через наружное ограждение изменяется t в материале ограждения, на его поверхностях и понижается t воздуха в прилежащих к ограждению зонах. Это свидетельствует о наличии термического сопротивления переходу тепла от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждения и от наружной поверхности ограждения к наружному воздуху и. В расчёте используют обратные величины – коэффициенты теплоотдачи внутренних и наружных поверхностей конструкции: и

Определение требуемого сопротивления теплопередаче ограждения Величина сопротивления теплопередаче запроектированной конструкции должна быть не менее величины требуемого по климатическим и гигиеническим условиям сопротивления. определяется из условия, что при установившемся потоке тепла величина входящего в ограждение потока равна величине выходящего:

В формулу входит величина нормируемого температурного перепада у внутренней поверхности ограждения: Эта величина определяет тепловой комфорт помещения. В наиболее холодные зимние дни она должна составлять: для наружных стен жилых домов, школ, больниц не более 4 градусов, для административных – 4,5 градуса, для производственных – от 7 до 12 градусов.

Расчётные параметры внутреннего воздуха определяются нормами проектирования и составляют: для жилых комнат °С в зависимости от климатического района строительства; для административных помещений 18 °С; для больничных палат, библиотек 20 °С; для помещений детских садов 21-23°С; для спортивных залов 15 °С; для торговых залов 12 °С. Температуры наружного воздуха для разных географических пунктов приведены в СНиП «Строительная климатология».

Значения представляет собой минимально необходимое по гигиеническим требованиям величину, т. е. выпадение конденсата на внутренней поверхности стены или покрытия. Однако современное проектирование наружных ограждающих конструкций подчиняется не только гигиеническим, но и более жёстким требованиям энергосбережения. Необходимость экономии средств на отопление зданий при их эксплуатации требует повышения стоимости наружных ограждающих конструкций за счёт повышения их сопротивления теплопередаче (в три и более раза по сравнению с гигиенически необходимыми). Учёт этого продиктован принятым в 1996 г. Законом РФ «Об энергосбережениях» и отражён в СНиП II-3-79*, где определение приведённого сопротивления ставится в зависимость от эмпирической характеристики ГСОП.

ГСОП - градусо-сутки отопительного периода определяют по формуле: ГСОП=, где - температура внутреннего воздуха; - средняя температура, С°, отопительного периода; - продолжительность, сут., периода со средней температурой воздуха ниже или равной 8°C (принимают по табл. 1 СНиП «Строительная климатология»). В соответствии с назначением зданий и помещений для каждого их видов наружных ограждающих конструкций (стен, окон, покрытий и пр.) в соответствии с рассчитанной ГСОП по таблице 1 а СНиП II-3-79*. Для малоэтажных (до 3-х этажей вкл.) зданий со стенами из мелкоштучных материалов, а также для реконструируемых и капитально ремонтируемых зданий независимо от их этажности принимают по таблице 1 б.

Основы физико-технического проектирования внутреннего микроклимата в зданиях. Понятие о физике среды и ограждающих конструкций.

Знание физических процессов, протекающих в ограждающих конструкциях зданий и физических свойств внутренней среды в них является необходимым условием архитектурно-строительного проектирования. От его качественного проведения зависят комфорт внутренней среды и долговечность зданий. Комфортные условия физической среды в помещениях зависят от таких факторов в них, как тепловой режим, влажностный режим, воздушный режим, акустический режим, световой режим и инсоляционный режим.

Строительная климатология обеспечивает целесообразные проектные решения зданий, их комплексов и городской застройки с учетом особенностей климата.

Климат – это многолетний, устоявшийся режим погоды в данной местности.

Основные факторы климата следующие: количество осадков, относительная влажность воздуха, количество солнечной радиации, интенсивность ветров, континентальность климата и температура воздуха.

По влажности климата на территории РФ и стран СНГ устанавливаются 3 зоны: влажная, нормальная и сухая.

Климатическое районирование территории РФ и СНГ проводится по 4 климатическим районам в зависимости от температуры, влажности воздуха и скорости ветра. Эти районы, в свою очередь, подразделяются на 3-4 подрайона. Районы обозначаются римскими цифрами, а подрайоны – буквами. Например, Москва находится во «II-в» климатическом районе.

В отношении теплового воздействия на человека характерны следующие виды погоды: очень холодная, холодная, прохладная, теплая, жаркая и очень жаркая.

Продолжительность характерных видов погоды определяет основные черты климата, которые влияют на архитектурные и конструктивные решения зданий. Создание в помещениях комфортной внутренней среды зависит от теплотехнических качеств ограждающих конструкций, планировочного решения, размеров отдельных элементов (окна, фонари) и т. д.

Влияние климата на человека и на различные стороны его деятельности (в частности, на строительство) оценивается комплексным воздействием основных факторов климата.

Климат характеризуется однотипными показателями метеорологических факторов на обширной территории.

Наука о климате называется «климатологией». Её раздел – «строительная климатология» изучает воздействие климата на архитектурно-конструктивные решения зданий, городские структуры и технологии возведения зданий.

В климатологии применяется понятие «годовой ход» который используется для характеристики изменения параметров основных факторов климата.

Основные факторы климата в этом случае могут быть сформированы следующим образом:

1. Годовой ход среднемесячных температур;

2. Годовой ход амплитудных колебаний температур в характерные периоды (зима и лето);

3. Годовой ход относительной влажности воздуха;

4. Годовой ход скорости и направлений ветра;

5. Годовой ход солнечной радиации.

Для учета при проектировании температурных и влажностных характеристик климата в нормативную литературу вводится понятие «климатическое районирование» (также см. выше), которое определяется по следующим основным параметрам:

1. По среднемесячным температурам воздуха в январе и июле;

2. По средним скоростям ветра за 3 зимних месяца;

3. По среднемесячным относительным влажностям воздуха в июле и январе;

Первая группа климатических районов соответствует климату севера, вторая – климату умеренных широт, третья – южному климату, четвертая – климату горных районов.

Ветер – это перемещение масс воздуха в последствие неравномерного распределения атмосферного давления и неравномерного нагрева земной поверхности. Критерием оценки ветра являются его скорость и повторяемость направления движения по румбам.(16 основных румбов). Повторяемость движения воздуха (ветра) иллюстрируется «розой ветров». Роза ветров - это многоугольник (полигон), отражающий повторяемость ветра по румбам в процентах от расчетного периода (как правило, года) (рис.35.1).

Рис. 35.1 Пример построения «розы ветров»

Температура воздуха. В климатологии используется целый ряд температурных показателей. Различают среднемесячную температуру, абсолютную температуру, среднюю температуру за сутки или за ряд суток, амплитуды колебаний температур за определенный период, температуру отопительного периода и т. д. Эти данные используются для различных вариантов теплотехнических расчетов (расчет сопротивления теплопередаче, расчет теплоустойчивости и т. д.).

Влажность воздуха. Различают абсолютную и относительную влажность воздуха. Абсолютная влажность характеризуется количеством влаги в граммах на кубический метр воздуха. Относительная влажность характеризуется насыщенностью воздуха водным паром в процентах.

Солнечная радиация. Падающий на определенные поверхности тепловой поток от прямой и рассеянной солнечной радиации выражаются в Вт/м 2 или в МДж/м 2 . Количество тепла, поступающего от действия солнечной радиации, зависит в основном от географической широты местности, ее высоты над уровнем моря, расположения поверхности относительно горизонтальной плоскости, ориентации рассматриваемой поверхности по сторонам горизонта и времени года.

Осадки и снежный покров. Данные о сумме осадков за год, максимальных осадках за месяц, а также о количестве дней в году со снежным покровом и о его средней высоте используются для проектирования ливневой канализации на территориях и водостоков с крыш зданий, а также для статических расчетов конструкций покрытий зданий.

Климатическое районирование территорий (рис.35.2) является необходимой предпосылкой для решения двух основных архитектурно – строительных проблем:

1. Наилучшего приспособления зданий и застройки к климатическим особенностям района строительства.

2. Наилучшего использования ресурсов природной энергии (солнца, ветра, термальной энергии и др.)

Для улучшения качества внешней среды в городах необходимо:

Устраивать санитарно–защитные зоны;

Взаимно располагать промышленные и жилые зоны в городах с учетом направления господствующих ветров;

Равномерно располагать на территории города зеленые массивы и водоемы;

Обеспечивать необходимую аэрацию и инсоляцию городских территорий

Рисунок 35.2 Климатическое районирование территории РФ и СНГ.

Микроклимат в помещениях создается двумя основными способами:

1. Мерами архитектурно-планировочных и конструктивных решений зданий.(Естественные или пассивные меры).

2. Мерами искусственной климатизации – искусственным освещением, отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха (активные или искусственные меры).

Внутренний микроклимат зависит от воздушного, теплового, влажностного, светового и шумового режимов в помещении.

Дискомфорт наступает при жаре, холоде, недостатке или избытке влажности воздуха, недостаточной или избыточной интенсивности воздухообмена в помещении, недостаточной освещенности, излишних яркостях, излишнем шуме и т.д.

Комфортными являются следующие параметры среды:

1. Температура воздуха 18 о С – 22 о С;

2. Относительная влажность воздуха 30 - 60%;

3. Скорость движения воздуха 0,25 – 0,5 м/с;

4. Уровень шума 30 – 60 дБ

5. Значение коэффициента естественной освещенности при боковом освещении 1,0 – 1,5%

6. Уровень искусственной освещенности 250-350 лк

Все эти значения зависят либо от времени года и интенсивности выполняемой работы, либо от требования к функциональным (технологическим), процессам.

Аэрация – это научно–организованный, управляемый воздухообмен в зданиях и на территориях. Аэрация является частью естественной вентиляции и требует для своего осуществления системы приточных и вытяжных проемов. Аэрация осуществляется за счет разности температур наружного и внутреннего воздуха и разности давления воздуха с наветренной и подветренной сторон здания. В этой связи важно правильно выбрать ориентацию здания как по сторонам горизонта, так и по направлениям господствующих ветров, а также эффективно располагать аэрационные проемы.

Тема 36. Строительная теплотехника.

Создание в помещениях зданий комфортной внутренней среды зависит, в частности, от теплотехнических качеств наружных ограждающих конструкций.

Для упрощения теплотехнических расчетов их обычно проводят для случая установившегося потока тепла, принимая внутреннюю и наружную расчетные температуры постоянными.

Строительная теплотехника изучает процессы передачи тепла и воздухопроницания через ограждающие конструкции зданий, а также влажностного режима ограждающих конструкций, связанного с процессом передачи тепла.

Повышение влажности материала снижает его теплозащитные качества и уменьшает долговечность конструкции в целом.

Увлажнение материалов конструкций возможно при присутствии технологической влаги, при атмосферных осадках, грунтовой влаге, парообразной и конденсационной влаге и т.д.

После разового случайного увлажнения конструкция постепенно осушается, достигая состояния равновесного влагосодержания с окружающей средой.

При систематическом увлажнении конструкция постоянно находится в переувлажненном состоянии.

Наиболее частным видом увлажнения является увлажнение материала конструкции конденсационной влагой.

Вследствие разности влажности и температуры внутреннего и наружного воздуха перенос влаги через ограждающую конструкцию происходит в направлении пониженной влажности, то есть в умеренном и холодном климате, характерном для нашей страны – изнутри-наружу.

Конденсационное увлажнение в толще ограждающей конструкции происходит при диффузии водяного пара наружу из среды с большим парциальным давлением в среду с меньшим давлением и конденсации этого пара в толще конструкции в зоне, где охлаждение этой конструкции наружной температурой достаточно для того, чтобы была достигнута так называемая «точка росы».

От теплотехнических качеств наружных ограждений зданий зависят:

· количество тепла, теряемого зданием в холодный период года;

· постоянство температуры воздуха в помещении;

· защита зданий от перегрева;

· температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций;

· влажностный режим ограждающих конструкций.

С необходимой точностью все теплотехнические расчеты можно проводить по основным законам теплопроводности. Степень теплопроводности материала конструкции характеризуется величиной коэффициента теплопроводности «λ». Этот коэффициент показывает, какое количество тепла проходит за 1 час через 1м² плоскости конструкции толщиной 1 м при разности температур на ее поверхностях равной 1 о С.

Размерность λ – Вт/м∙°С

Например, для гранита λ=3,5 при плотности γ 0 =2800 кг/м³, а для пенополистирола λ=0,06 при плотности γ 0 =150 кг/м³.

С увеличением плотности материала коэффициент теплопроводности возрастает за счет уменьшения пористости материала.

С повышением влагосодержания материала коэффициент «λ» резко увеличивается. В нормах по строительной теплотехнике значения коэффициента «λ» приводятся как для материала в сухом состоянии, так и для определенных условий эксплуатации (А и Б), т.е. в зависимости от влажностного режима помещения и зоны влажности района строительства.

Например, для шлакобетона (γ 0 =1400 кг/м³) λ 0 =0,27; λ А =0,41; λ Б =0,47

Стационарные условия теплопередачи при установившемся тепловом потоке «Q» характеризуется постоянством температур в ограждающей конструкции во времени:

Где R о – общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции; t в и t н – расчетные внутренняя и наружная температуры соответственно.

Общее сопротивление теплопередаче конструкции складывается из сопротивления тепловосприятия «R в », термического сопротивления слоев конструкции «ΣR к » и сопротивления теплоотдаче «R н ».

α в = 8,7 – коэффициент тепловосприятия, а α н =23,0 – коэффициент теплопередачи. Термическое сопротивление самой конструкции , где δ – толщина ограждения в метрах, λ - коэффициента теплопроводности материала. Таким образом, окончательно имеем .

Основное условие теплотехнических расчетов: R о ≥ R о тр.

По методике (СНиП «Тепловая защита зданий») R о тр. определяется исходя из условий энергосбережения в зависимости от назначения ГСОП (градусо-суток отопительного периода)

ГСОП = (t в - t о.т.) ∙z от. , где:

ГСПО – величина градусо-суток отопительного периода (градусо-сутки);

t в – расчетная температура внутреннего воздуха, (о С), принимаемая по нормам проектирования соответствующих зданий;

z от. – продолжительность отопительного периода (сут.) по СНИП «Строительная климатология»;

t о.т. – средняя температура (С °) наружного воздуха в отопительный период.

Отопительный период осуществляется при средней температуре наружного воздуха ≤ 8 о С в сутки.

В строительной теплотехнике существует 2 типа задач, а именно:

1. Прямая задача – определить толщину ограждающей конструкции, которая отвечала бы основным теплотехническим требованиям;

2. Обратная задача – ограждающая конструкция известна и требуется проверить её теплотехнические свойства.

Теплоустойчивость конструкции важна для летних условий её эксплуатации. В южных регионах толщина ограждающей конструкции при её теплотехническом расчете по «зимним» условиям эксплуатации получается очень малой и при «летней» её эксплуатации возможен её перегрев.

За счет прямой и рассеянной солнечной радиации происходит периодический нагрев наружной поверхности ограждающей конструкции. Температурная волна, распространяясь в толщину конструкции, вызывает повышение температуры внутренних поверхностей ограждений и, следовательно, температуры воздуха в помещении.

Теполоустойчивость – это свойство конструкции или материала сохранять относительное постоянство температуры внутренних поверхностей при периодическом изменении температуры наружного воздуха.

Чем выше теплоустойчивость, тем в меньшей степени конструкция реагирует на изменение температуры воздуха.

В этой связи свойства материалов могут характеризоваться коэффициентом теплоусвоения S .Чем ниже коэффициенты теплоусвоения, тем меньше конструкция реагирует на изменение температуры воздуха.

Например, значения «S» составляют:

Сталь: 120, гранит 25, бетон 18, кирпич 8, дерево 4-6, минеральная вата 0,5 . и т.д.

Зона возможной конденсации в толще ограждающей конструкции определяется графическим методом по значениям характеристик влажности «е» и «Е».

Парциальное (частичное) давление «е» водяного пара или «упругость водяного пара» измеряется в Па = 1 Н/м² = 0,1 кг/м² и характеризует энергетический уровень молекул водяного пара.

Предельное давление насыщения воздуха водяным паром «E» (Па) при данной температуре воздуха является второй величиной, с помощью которой можно определить значение относительной влажности «φ»

Относительная влажность является основной величиной для оценки степени влажности воздуха.

Схемы, иллюстрирующие влияние внешнего и внутреннего температурно-влажностного режима на распределение температуры в толще наружных ограждающих конструкций приведены на рисунках 36.1, 36.2.

Рисунок 36.1 Схема затухания температурных колебаний внутри однородной конструкции

Рисунок 36.2 Распределение температур в ограждающей конструкции

Тема 37. Естественное освещение зданий. Строительная светотехника.

Задачами строительной светотехники являются исследование условий, определяющих создание оптимальной световой среды в помещениях, которая отвечала бы протекающим в них функциональным процессам, а также разработка соответствующих архитектурных и конструктивных решений зданий.

Оптимальный (или качественный, или комфортный) световой режим в помещении необходим не только для создания нормальных условий труда, но и для создания нормальных санитарно – гигиенических и психологических условий пребывания в помещении.

Освещение помещений может быть естественным, искусственным и совмещенным. При естественном освещении источником света является небосвод, при искусственном освещении – светильники искусственного света, а при совмещенном освещении естественный и искусственный свет действуют совместно.

В курсе строительной светотехники рассматриваются вопросы, связанные в основном с естественным освещением помещений, а также частично с совмещенным освещением. Вопросы искусственного освещения детально изучаются в специальном разделе, который будет рассмотрен ниже.

Естественное освещение осуществляется через проемы в ограждающих конструкциях зданий и может быть боковым (через окна), верхним (через фонари) и комбинированным (через окна и фонари одновременно) (рис.37.1).

Искусственное освещение осуществляется посредством электросветильников и может быть общим, местным и комбинированным, т.е. таким, при котором общее и местное освещение действует совместно (рис.37.2).

Освещенность измеряется в абсолютных единицах – люксах (лк).

Рис.37.1. Системы естественного освещения

Рис.37.2.Системы искусственного освещения

Однако, в строительной светотехнике используется относительная величина – коэффициент естественной освещенности, К.Е.О. (е, %).

Коэффициент естественной освещенности равен отношению величины естественной освещенности в люксах в рассматриваемой точке внутри помещения (Е вн.) к одновременной наружной освещенности этой точки (Е нар.) диффузным светом всего неба.

е = (Е вн. /Е нар.)∙100 (%)

Основное требование – одновременность замеров Е вн. и Е нар. из-за постоянно меняющейся наружной световой обстановки.

Основное допущение при расчетах К.Е.О. по стандартной (нормативной) методике – это предположение о том, что небо – полностью облачное (низкая сплошная облачность в 10 баллов), которое обеспечивает наружное диффузное освещение с распределением яркости по небосводу по закону Муна-Спенсер

Стандартное облачное небо называется «стандартным небом МКО» (МКО – международная комиссия по освещению). Существует также альтернативный расчет при ясном небе, т.е. при прямом свете неба и/или солнца, который характерен для южных регионов.

Существуют 2 основных светотехнических закона: закон проекции телесного угла и закон светотехнического подобия. На основе первого закона были разработаны графики А.М. Данилюка, а на основе второго закона осуществляется светотехническое моделирование.

Закон проекции телесного угла гласит: освещенность в помещении, создаваемая диффузным светом небосвода прямо пропорционально площади проекции на освещаемую плоскость участка неба видимого из расчетной точки под определенным телесным углом и яркости этого участка неба.

Закон светотехнического подобия гласит: если различные светопроемы имеют один и тот же телесный угол, то освещенность в расчетной точке помещения не зависит от абсолютного размера этих светопроемов.

Вероятность пасмурного (или ясного) неба зависит от географических координат местности и времени года и устанавливается на основе многолетних наблюдений для рассматриваемых районов. При этом солнечная радиация имеет максимальную интенсивность в летний период года.

Освещенность в помещении, как правило, зависит от прямого или диффузного света небосвода, отражённого света от внутренних поверхностей помещения и отраженного света от противостоящих зданий и прилегающих к зданию поверхностей земли.

Используемое для расчета к.е.о. графики А.М.Данилюка базируются на принципе разделения небесной полусферы на 10000 элементарных участков путем деления на сотни меридианов и сотни параллелей. На основе проекций границ этих участков на горизонтальную и вертикальную плоскости и образуется графическая основа графиков А.М.Данилюка №1 и №2 (рис.37.3 и 37.4).

Рис. 37.3 График А.М. Данилюка №1

Рис.37.4 График А.М. Данилюка №2

При системе верхнего естественного освещения используются фонари верхнего света, которые подразделяются на зенитные, шедовые и фонари-надстройки. Эти фонари характеризуются различными значениями«коэффициента фонаря» - К ф, учитывающего отражающую способность конструкций фонарей и их «световую активность» - С.А., учитывающего степень прямого влияния естественного света шара (рис.37.5)

Рисунок 37.5. Световая активность фонарей и К ф.

Тема 38. Инсоляция зданий и территорий.

Инсоляцией называется облучение прямыми солнечными лучами (солнечной радиацией) помещений, фасадов зданий и территорий.

Инсоляция оказывает оздоровительное (физиологическое и психологическое) воздействие на человека. В больших количествах инсоляция зимой может служить средством дополнительного обогрева помещений, но летом может приводить к дискомфортному перегреву помещений, особенно в южных регионах.

Оптимальный инсоляционный режим достигается путем обеспечения прямого солнечного облучения в необходимом количестве и в заданное время.

Продолжительность инсоляции для каждой конкретной местности определяется, прежде всего, временем видимого движения солнца по небосводу.

Траектория движения солнца и период суточной инсоляции для каждой территории зависит от географической широты местности и времени года. В северных районах траектория движения солнца более пологая, а в юных районах – более крутая.

Положение солнца на небосводе определяется азимутом А о и вертикальным углом возвышения Солнца Н о.

Азимут – это горизонтальный угол, отмеряемый от направления на север до проекции на горизонтальную плоскость линии от точки наблюдения до точки положения Солнца. Дни, характеризующие инсоляцию: 22 июня и 22 декабря (дни летнего и зимнего солнцестояния соответственно), а также 22 марта и 22 сентября (дни весеннего и осеннего равноденствия соответственно).

В день летнего солнцестояния Солнце движется по самой высокой и длинной для данной местности траектории, а в день зимнего солнцестояния – по самой низкой и короткой.

Определение времени инсоляции. Для различных географических широт и для различных периодов года осуществляется с помощью солнечных карт (или графиков Дунаева) и инсоляционных графиков, на которых нанесены линии координат возможного высотного и азимутального положения Солнца. Реальные координаты движения Солнца наносятся на солнечные карты и соединяются линией, которая и характеризует траекторию движения Солнца. Инсоляционные графики являются упрощенной модификацией солнечных карт, удобной для практического использования.

Самый длинный возможный период инсоляции характерен для высоких северных широт (так называемые «белые ночи») – до 20 часов в летний период. Однако, интенсивность солнечного облучения при этом крайне мала. В средних широтах самое продолжительное время инсоляции достигает 18 часов, а в южных широтах – 14 часов. На экваторе максимальное (но практически постоянное) время инсоляции составляет 12 часов при большой интенсивности солнечного сияния.

При расчете времени инсоляции не учитывается 1 час после восхода солнца и 1 час до захода солнца, т.к. в эти часы её оздоровительное действие крайне незначительно.

Данные по продолжительности инсоляции, полученные по солнечным картам или инсоляционным графикам, относятся к территориям под открытым небом, ничем не затененным от солнечных лучей и являются теоретически максимально-возможными данными по продолжительности инсоляции для данной местности.

В действительности, такие затеняющие факторы, как влияние застройки, рельефа и т.д. существенно снижают время инсоляции для открытых пространств.

Фактически, инсоляционный режим помещений, кроме географической широты и времени года, зависит от следующих факторов:

Ориентации светопроемов;

Затенения противостоящими зданиями;

Затенения элементами здания (балконами, лоджиями, ризалитами, солнцезащитными устройствами (СЗУ) и т.д.)

Размеров и пропорций светопроемов;

Толщины ограждающих конструкций.

Все эти вопросы решаются графическими методами расчета на основе графиков Дунаева (солнечных карт) или инсоляционных графиков, которые являются упрощенной модификацией солнечных карт. Самой простой задачей является определение времени инсоляции для открытой местности или для незатененного фасада здания. Более сложная задача – определение времени инсоляции помещения при отсутствии затеняющих факторов. Самой сложной задачей является определение времени инсоляции территории, фасада или помещения с учетом затеняющих факторов (рис.38.1).

В качестве вспомогательных данных для определения времени инсоляции должны быть определены предельные инсоляционные углы (горизонтальный и вертикальный) для рассматриваемого светопроема с учетом обрамляющих стен, прилегающих СЗУ, балконов, лоджий, ризалитов и т.д. (38.2).

Рисунок 38.1 Солнечная карта для инсоляционных расчетов 50 ° с.ш.

Рисунок 38.2 Граничные инсоляционные углы окна

При наличии противостоящего объекта определяются его горизонтальные и вертикальные углы затенения, зависящие от высоты объекта, его протяженности и расстояния от рассматриваемого окна. Все эти углы накладываются затем на соответствующие солнечные карты. В случае применения инсоляционных графиков используются только инсоляционные углы окна, а противостоящие объекты рассматриваются с учетом их удаленности и высоты превышения относительно расчетной инсоляционной точки.

Расчетная инсоляционная точка окна определяется при пересечении линий, образующих горизонтальный и вертикальный инсоляционные углы окна.

Основные требования к инсоляции:

· для центральной инсоляционной зоны (с 48 о с.ш. до 58 о с.ш.) непрерывная инсоляция должна составлять не менее 2 часов в день в период с 22 марта по 22 сентября. Северная зона расположена севернее 58 о градусов с.ш., южная зона – южнее 48 о с.ш. с соответствующим временем необходимой инсоляции 2,5 и 1,5 часа;

· в 1-3 комнатных квартирах должно инсолироваться не менее 1 комнаты; в 4-х и более комнатных квартирах – не менее 2-х комнат;

· допускается перерыв в инсоляции до 1,0 часа, при этом общее время инсоляции должно увеличиваться на 0,5 часа.

Инсоляция нормируется для следующих объектов:

· для жилых зданий;

· для зданий и территорий детских и учебных учреждений;

· для зданий и территорий лечебных учреждений.

В прочих гражданских зданиях инсоляция не нормируется, а в промышленных зданиях должна быть исключена.

Для определения времени инсоляции сейчас используются стандартные инсоляционные графики, разработанные для каждых 5 о широты для периода с 22 марта по 22 сентября. Для Москвы (56 о с.ш.) используется график для 55 о с.ш. (рис.38.3).

Рисунок 38.3 Инсографик для 55 ° с.ш. (22/III – 22/IX) – г. Москва

Методика определения времени инсоляции:

1. Определяются инсоляционные углы окна и положение расчетной точки;

2. Определяется ориентация светопроема;

3. Расчетная точка окна совмещается с центром инсографика, плоскость окна размещается в соответствии с его ориентацией (т.е. с перпендикуляром к этой точке);

4. Горизонтальный инсоляционный угол наносится на инсографик в соответствии с ориентацией окна и подсчитывается количество лучей проходящих в пределах этого угла к расчетной точке и определяется общая продолжительность инсоляции;

5. В случае наличия противостоящих объектов, определяется высота их превышения относительно расчетной точки, и время затенения определяется с помощью горизонтальных линий на инсографике, характеризующих высоту противостоящих зданий. Зона между линией превышения и расчетной точкой является «зоной затенения»

6. Определенное время инсоляции сравнивается с расчетным, делаются выводы и даются рекомендации по совершенствованию, в случае необходимости, имеющейся инсоляционной системы.

Тема 39. Солнцезащитные устройства.

Ограничение негативного воздействия инсоляции при её чрезмерной продолжительности, которое выражается в перегреве помещений, слепимости и блескости обеспечивается использованием методов солнцезащиты.

Солнцезащита может обеспечиваться следующими методами:

· ориентацией светопроемов на северную четверть горизонта;

· затеняющей противостоящей застройкой;

· уменьшением размеров светопроемов или увеличением толщины стен;

· крупной пластикой фасадов;

· солнцезащитными устройствами.

Солнцезащитные устройства могут быть как наружными, так и внутренними. Кроме того, они делятся на стационарные и регулируемые (мобильные). Стационарные СЗУ, как правило, выполняются наружными, а регулируемые СЗУ – внутренними. Солнцезащитные устройства (СЗУ) являются эффективным средством естественного регулирования светового, инсоляционного и теплового режимов в помещении.

Стационарные СЗУ подразделяются на горизонтальные, вертикальные и комбинированные. Они могут быть железобетонными, деревянными, металлическими, пластиковыми или тканевыми. Кроме этого, они выполняются как сплошными, так и сквозными (планочными или решетчатыми).

Регулируемы СЗУ бывают горизонтальными или вертикальными, обычно в виде жалюзи. Они выполняются в основном из дерева, металла или пластика.

Кроме этого, применяется солнцезащитное стекло, солнцезащитные пленки и т.д. (рис.39.1).

Рисунок 39.1. Примеры солнцезащитных устройств:

1-6 - горизонтальный тип; 7-9 - вертикальны типй; 10-12 – ячеистый тип; 1 - козырьки, 2 - жалюзи, 3 - парусиновые тенты,

4 - жалюзи, свисающие с козырьков, 5 - сплошной экран, 6 - регулируемые жалюзи, 7 - вертикальные ребра, 8 - косо направленные ребра,

9 - регулируемые ре­ра, 10 - решетки, 11 - решетки с косо направленными вертикальными ребрами. 12 - решетки с наклонными горизонтальными ребрами

Тема 40. Основы архитектурно-строительной акустики.

Основной задачей архитектурной акустики является исследование условий, определяющих качественное восприятие речи или музыки в помещениях и разработка архитектурно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающих такие условия слухового восприятия.

Важнейшей характеристикой звукового поля является его диффузность, то есть равномерное распределение потока звуковой энергии по различным направлениям.

Диффузность (или однородность) звукового потока важна для помещений театров, кинотеатров, концертных залов, лекционных аудиторий и т.д.

В закрытом помещении после прекращения действия источника звука слушатель воспринимает прозвучавший музыкальный или речевой сигнал в течение некоторого временного интервала. Это объясняется тем, что уровень звукового давления (у.з.д.), созданный в расчетной точке, является интегральной характеристикой энергии прямого звука и энергии отраженных от поверхностей помещения звуковых волн. Процесс спада звуковой энергии называется реверберационным процессом, а само явление - реверберацией.

Акустические качества помещений определяются так называемым «временем реверберации », то есть процессом затухания звука после прекращения звучания источника звука вследствие многократного отражения звуковых волн от поверхностей (рис.40.1, 40.2, 40.3).

Рисунок 40.1 Форма и профиль потолка, обеспечивающие необходимое отражение звука. Примечание: «И» - источник звука.

Рисунок 40.2 Распространение прямых (а) и отражение (б) звуковых лучей. И – источник звука; 1 – партер; 2 – амфитеатр; 3 – прямые и отраженные звуковые лучи; 4 – балкон.

Надлежащее время реверберации, характеризующее общую гулкость помещения, является одним из важных условий хорошей акустики зала. При этом следует помнить, что для достижения четко определенного времени реверберации требуется достаточная диффузность звука в зале.

Время реверберации является одной из основных характеристик помещений, зависящей от объема помещения и общего звукопоглощения.

В зависимости от назначения помещений, их объема и ряда других факторов в усредненном диапазоне звуковых частот 500-2000 Гц, рекомендуемое время реверберации составляет от 0,85 до 2,1 секунды (обычно для практических целей принимается 1-2 секунды).

Эмпирическая формула для определения времени реверберации имеет следующий вид:

T = 0,163∙V/A общ. , (секунд), где:

V – объем помещения, м³

A общ. – полное звукопоглощение в помещении («эквивалентная площадь звукопоглощения»).

A общ. = α ср. ∙S общ. (м²), где:

α ср. – средний коэффициент звукопоглощения (0,08 – 0,8). Обычно для практических целей принимается α ср. = 0,2.

S общ. – суммарная площадь звукопоглощающих поверхностей в помещении, м².

Эквивалентная площадь звукопоглощения определяется при 70% выполнения зрителями или слушателей рассматриваемого помещения.

В залах с относительно большой высотой и шириной всегда есть опасность прихода первых отражений от потолка и стен с большим запаздыванием в первые ряды зрительных мест, что создает неразборчивость звуков. Для исправления этого явления на потолке и стенах в припортальной зоне следует выполнять специальные звукоотражающие конструкции, задача которых направлять отраженный звук в глубину зала

При примыкании задней стены зала к потолку под углом 900 может возникнуть так называемое театральное эхо – отражение звука от потолка и стены в направлении к источнику звука, приходящее с большим запаздыванием. Для устранения этого следует предусматривать наклонную часть потолка у задней стены или наклонную заднюю стену зала.

Тема 41. Основы защиты от шума.

Шумом называются любые нежелательные звуки, воспринимаемые органами слуха и оказывающие на человека негативное психологическое и физиологическое воздействие в любых видах его жизнедеятельности.

Звук – это волнообразные колебательные движения, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах.

Физические параметры звука: скорость 340 м/с в воздухе, частота слышимых колебаний «ƒ», от 20 до 20000 герц (Гц). Звук с частотой более 20000 Гц называется «ультразвуком»

Основы архитектуры. Физико-технические основы проектирования зданий

Понятие качества зданий охватывает такие свойства, как комфортность и капитальность. В зависимости от совокупности этих свойств в Строительных Правилах установлена классификация сооружений на четыре класса. В разные исторические периоды объем комфортных требований был непостоянен. С увеличением технических возможностей общества увеличивается количество и поднимается уровень этих требований, т.е. расширяются рамки понятия «комфортность». Комфортность в современных рамках понятия подразумевается оптимизированная система «человек – среда».

Критерии комфортности среды, замкнутой стенами здания, делят на три группы: гигиены, удобства, (функциональности) и безопасности. Гигиенические требования направлены на обеспечение в помещениях наиболее благоприятного для человека микроклимата. Показателями климатической среды являются тепловлажностный режим, чистота воздуха, зрительный и звуковой комфорт.

Параметры среды подбирают с учетом функционального состояния людей, рассматривая условия необходимые для отдыха, работы и т.д.

Микроклимат помещений трактуют как тепловлажностный режим и чистота воздуха помещений, а микроклиматические условия выбирают, исходя из таких физиологических показателей теплового состояния человека, как температура тела и кожи на туловище и конечностях, влагопотери испарением при воздействии перегрева и теплоощущения.

Термическое восприятие человека не совпадает со значением температуры воздуха. Ощущения теплового комфорта зависят не только от температуры, показываемой «сухим» термометром, но и увлажненным, а также относительной влажности и скорости движения воздуха.

Чистота воздушной среды подразумевает такое загрязнение, при котором содержание примесей не превышает нормативных пределов. В воздухе содержатся много газообразных веществ вредных для человека. Это антропотоксины – продукты жизнедеятельности человека в помещениях (дыхания, разложения пота, горения и испарения, табачного дыма и запахов еды). Кроме того в помещениях концентрируется и так называемые фоновые вещества, присутствующие в атмосфере города, продукты сгорания горючего в двигателях автомашин и котельных предприятий, выделения отходов производств и пр. Очистки воздуха способствует воздухообмен с наружной средой. Его краткость устанавливают исходя из количества находящихся в помещения людей. Эффективность воздухообмена помещений зависит от аэрации застройки.

Особое внимание уделяют инсоляции помещений, поскольку солнечные лучи оказывают гигиеническое действие на внутреннюю среду и чисто психологическое тонизирующее влияние на человека. Эффективность инсоляции зависит от ее продолжительности, которую нормируют строительными нормами и правилами. Нормативную продолжительность задают на определенный период года. Норма зависит от климатической зоны размещения здания и непрерывности инсоляции (стр. 48-98 учебник под ред. А.В. Захарова «Архитектура гражданских и промышленных зданий» М., стройиздат 1993г.).

Звуковой комфорт как физическое явление представляет собой, центростремительное волновое движение упругой среды, физиологический процесс является ощущением, возникающее при воздействии звуковых волн на органы слуха и организм в целом. Органы слуха человека способны воспринимать звуки от 16 до 20 000 Гц и оценивать не абсолютное значение изменения частоты, а относительное.

Увеличение частоты вдвое вызывает ощущение повышения тока на величину называемую октавой. Октава это полоса частот, в которой верхняя граничная частота в два раза больше нижней. В практике спектр воспринимаемых человеком звуков делят на 8 октав.

Звуковое давление (р) представляют как разность между мгновенным полным давлением в момент прохождения звука и средним в среде при отсутствии звукового поля. Звуковое давление выражают в Паскалях. Нижний предел p, за которым человеческое ухо не может ощущать а верхний, который воспринимается как болевое ощущение, - болевым порогом. С физиологической точки зрения звуковые волны делят на полезные звуки и шум. Шум вызывает раздражающее действие на организм.

Предельный уровень звукового давления, длительное воздействие которого не приводит к преждевременным повреждениям органов слуха, равен 80; 90 дБ. Шумовой комфорт необходим человеку для нормальной деятельности нервной системы.

В практике шумы делят по интенсивности на три группы.

Во время сна и пассивного отдыха относят шумы от звукового порога до 40 дБ.

Во время работы происходит частичная адаптация организма и ухо способно воспринимать уровень шумов от 40 до 80 дБ. В эту группу причислена основная масса звуковых сигналов окружающей среды: шум инженерного оборудования зданий, работа радиоаппаратуры, громкий разговор.

Источниками шума могут быть разные электро и радиотехнические устройства. Сочетания звуков и их частоты проявляется в широком секторе звукового давления.