книги / Физико-техническое проектирование ограждающих конструкций зданий
..pdfФедеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
А.И . М ак о в ец к и й , А .Н . Ш и хов
ФИ ЗИКО -ТЕХН ИЧЕСКО Е П РО ЕК ТИ РО ВА Н И Е ОГРАЖ ДАЮ Щ ИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ
Рекомендовано Уральским отделением Учебно-методического объединения вузов РФ по образованию в области строительства
в качестве учебного пособия для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство», «Городское строительство и хозяйство»,
«Экспертиза и управление недвижимостью» очной и заочной форм обучения
Издательство Пермского государственного технического университета
2007
УДК 72.628.921/928 М16
Рецензенты:
заслуженный строитель Российской Федерации, профессор А //. Юзефович
(Пермский государственный технический университет); доцент В.П. Щипачкин
(Уральский филиал академии живописи, ваяния и зодчества)
|
М аковецкий, А.И. |
|
|
|
|
М16 |
Физико-техническое |
проектирование |
ограждающих |
||
|
конструкций |
зданий учеб, пособие / |
А.И. Маковецкий, |
||
|
А.Н. Шихов. |
- Пермь: |
Изд-во Перм. |
гос. |
техн. ун-та, |
|
2 0 0 7 .-3 5 6 с. |
|
|
|
|
ISBN 978-5-88151-722-9
Изложены теоретические основы физико-технического проектиро вания ограждающих конструкций жилых, общественных и производст венных зданий с целью создания в них комфортных условий прожива ния и трудовой деятельности. Приведены методы расчета и проектиро вания ограждающих конструкций с учетом современных нормативных требований тепловой защиты, звукоизоляции, освещения, инсоляции и солнцезащиты, акустики и беспрепятственной видимости. Рассмотре ны вопросы повышения тепловой защиты ранее построенных зданий, а также мероприятия по защите от шума селитебных территорий.
Предназначено для студентов строительных специальностей на правления 270100 «Строительство».
Издано в рамках приоритетного национального проекта «Образо вание» по программе Пермского государственного технического уни верситета «Создание инновационной системы формирования профес сиональных компетенций кадров и центра инновационного развития ре гиона на базе многопрофильного технического университета»
УДК 72.628.921/928
ISBN 978-5-88151-722-9 |
© ГОУ ВПО «Пермский государственный |
|
технический университет», 2007 |
Оглавление |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ................................................................................. |
5 |
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................... |
8 |
ГЛАВА 1. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА.................... |
9 |
1.1. Общие положения.................................................................. |
9 |
1.2. Виды теплообмена.................................................................. |
9 |
1.3. Теплопередача через ограждения...................................... |
11 |
1.4.Сопротивление теплопередачи через однослойные
имногослойные ограждающие конструкции, выполнен
ные из однородных слоев............................................................... |
12 |
1.5. Расчет температуры внутри ограждающих |
|
конструкций....................................................................................... |
18 |
1.6. Графический метод определения температуры |
|
внутри многослойной ограждающей конструкции |
|
(метод Ф окина-Власова).............................................................. |
20 |
1.7. Влияние расположения конструктивных слоев |
|
на распределение температуры внутри ограждающих |
|
конструкций..................................................................................... |
22 |
1.8. Методика проектирования тепловой защиты |
|
зданий................................................................................................. |
24 |
1.9. Исходные данные для проектирования тепловой |
|
защиты зданий................................................................................. |
29 |
1.10. Определение нормируемого (требуемого) |
|
сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций |
33 |
1.11. Расчет общего или приведенного сопротивления |
|
теплопередаче ограждающих конструкций............................ |
44 |
1.12. Конструктивное решение наружных ограждающих |
|
конструкций..................................................................................... |
52 |
1.13. Определение санитарно-гигиенических показателей |
|
тепловой защиты зданий.............................................................. |
58 |
1.14. Расчет удельного расхода тепловой энергии |
|
на отопление зданий....................................................................... |
63 |
1.15. Влажное состояние ограждающих конструкций......... |
73 |
1.16. Воздухопроницаемость ограждающих |
|
конструкций..................................................................................... |
90 |
3
1.17. Теплоустойчивость ограждающих конструкций........ |
98 |
1.18. Повышение теплозащитных свойств существую |
|
щих зданий...................................................................................... |
109 |
1.19. Энергетический паспорт здания...................................... |
115 |
Основные термины и определения........................................... |
114 |
Контрольные вопросы.................................................................. |
117 |
ГЛАВА 2. СТРОИТЕЛЬНАЯ И АРХИТЕКТУРНАЯ |
|
АКУСТИКА.......................................................................................... |
119 |
2.1. Общие понятия о звуке и его свойствах.......................... |
119 |
2.2. Источники шума и их шумовые характеристики......... |
126 |
2.3. Нормирование шума и звукоизоляции ограждений..... |
129 |
2.4. Распространение шума в зданиях..................................... |
132 |
2.5. Звукоизоляция помещений от воздушного |
|
и ударного ш ума............................................................................ |
133 |
2.6. Измерение звукоизолирующих свойств ограждаю |
|
щих конструкций в акустических камерах............................ |
161 |
2.7. Мероприятия, обеспечивающие нормативную |
|
звукоизоляцию помещений........................................................ |
164 |
2.8. Защита от шума селитебных территорий городов |
|
и населенных пунктов.................................................................. |
166 |
2.9. Оценка акустических качеств залов................................. |
169 |
2.10. Общие принципы акустического проектирования |
|
залов................................................................................................... |
179 |
2.11. Специфические особенности акустического |
|
проектирования залов различного функционального |
|
назначения........................................................................................ |
186 |
2.12. Видимость и обозреваемость в зрелищных |
|
сооружениях.................................................................................... |
195 |
Основные термины и определения........................................... |
203 |
Контрольные вопросы.................................................................. |
207 |
ГЛАВА 3. СТРОИТЕЛЬНАЯ СВЕТОТЕХНИКА................... |
209 |
3.1. Основные понятия, величины и единицы измерения.... |
209 |
3.2. Естественное освещение зданий....................................... |
213 |
3.3. Проектирование естественного освещения.................... |
218 |
3.4. Предварительный расчет естественного освещения.... |
226 |
4
3.5. Проверочный расчет естественного освещения |
|
помещений......................................................................................... |
248 |
3.6. Совмещенное освещение зданий......................................... |
273 |
3.7. Проектирование искусственного освещения |
|
помещений........................................................................................ |
277 |
3.8. Технико-экономическая оценка систем естествен |
|
ного и совмещенного освещения по энергетическим |
|
затратам.............................................................................................. |
283 |
3.9. Инсоляция и защита помещений от солнечных |
|
лучей.................................................................................................... |
285 |
Основные термины и определения............................................. |
295 |
Контрольные вопросы.................................................................... |
299 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................. |
301 |
ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................... |
303 |
П РЕДИ СЛ О В И Е
Разработка учебного пособия вызвана появлением новых строительных материалов и конструкций, нормативных доку
ментов и методов расчета тепловой |
защиты, |
звукоизоляции |
и освещенности естественным светом |
зданий |
и сооружений, |
а также отсутствием современного специализированного учеб ника по строительной физике.
При разработке учебного пособия учтены последние дос тижения, результаты исследований в области тепловой защиты зданий, звукоизоляции помещений от шума, принципы обеспе чения оптимального светового режима в помещениях различно го назначения, а также создания в зрительных залах условий наилучшего восприятия речи и музыки и беспрепятственной ви димости происходящего действия на сцене.
В связи с проводимой в стране энергосберегающей поли тикой возросли требования к тепловой защите зданий, что отра зилось в нормативных документах. СНиП 11-3-79** «Строи тельная теплотехника» устарели. Сейчас действуют новые СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий», в которых приведе ны повышенные требования к наружным ограждениям зданий. Для практической реализации требований СНиП 23-02-03 раз
работан СП 23-101-04 «Свод |
правил по |
проектированию |
и строительству. Проектирование |
тепловой |
защиты зданий», |
в котором приведены методы проектирования и методики теп лотехнического расчета ограждающих конструкций зданий, ре комендации и справочные материалы для проектировщиков. Положения свода правил позволяют проектировать здания с ра циональным использованием тепловой энергии путем выявле ния суммарного энергетического эффекта от использования планировочных, строительных и инженерных решений, направ ленных на экономию энергетических ресурсов.
Взамен СНиП 2.01.01-82 с 1 января 2000 г. введены в дей ствие новые СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», в которых отражены изменения климатических параметров, не обходимых для проектирования тепловой защиты зданий, сис тем отопления и кондиционирования воздуха с учетом экономии энергетических ресурсов.
6
В новых СНиП 23-03-03 «Защита от шума» повышены тре бования к защите помещений, рабочих мест, селитебных терри торий городов и площадок промышленных предприятий от раз личных шумов, а также проектированию акустики зальных по мещений. В СП 23-103-03 «Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий» приведены новые
методики определения параметров звукоизоляции |
внутрен |
них и наружных ограждающих конструкций жилых |
и общест |
венных зданий, вспомогательных зданий производственных предприятий.
В области проектирования светотехники также произош ли изменения, которые учтены в новой редакции СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение» и СП 23-102-03 «Свод правил по проектированию и строительству. Естествен ное освещение жилых и общественных зданий».
Таким образом, во всех разделах строительной физики (строительная теплотехника, строительная и архитектурная аку стика, строительная и архитектурная светотехника) в последние годы произошли значительные изменения норм и методов рас чета, которые приводятся только в специализированных норма тивных изданиях. Однако в них не рассматриваются вопросы теоретического объяснения физических процессов, происходя щих в ограждающих конструкциях и помещениях при воздейст вии на них тепловой, звуковой и световой энергии. Все эти вопросы довольно подробно рассмотрены в учебнике «Основы строительной физики», изданном в 1975 г. профессором Н.М. Гусевым. За последние 30 лет после издания этого учебни ка изменились взгляды и методы на проектирование ограждаю щих конструкций, повысились требования к комфортности, дол говечности, архитектурной выразительности и экономичности. В предлагаемом учебном пособии эти вопросы освещены с со временных позиций.
В 2003 г. вышел в свет учебник «Архитектурная физика» (под редакцией члена-корреспондента Международной акаде мии архитектуры, доктора технических наук, профессора Н.В. Оболенского), рекомендованный для студентов специаль ности «Архитектура». В силу того, что этот учебник рассматри
7
вает вопросы строительной физики с архитектурных позиций, он не может быть рекомендован для студентов строительных специальностей как будущих инженеров-строителей.
Предлагаемое учебное пособие состоит из трех разделов: «Строительная теплотехника», «Строительная и архитектурная акустика» и «Строительная светотехника».
В учебном пособии приведены действующие нормативные требования, методики проектирования и расчета ограждающих конструкций, графические и табличные справочные материалы.
При работе над учебным пособием использованы учебные и научные материалы В. Блази, Н.М. Гусева, С.В. Дяткова, А.В. Захарова, А.В. Заборотова, В.М. Ильинского, С.Д. Ков ригина, Л.И. Макриненко, Н.В. Оболенского, Г.В. Осипова, Б.Я. Орловского, П.П. Сербиновича, Л.Ф. Шубина, Ф.В. Ушко ва и др.
Учебное пособие рассчитано на студентов строитель ных специальностей, изучающих дисциплину «Строительная физика», а также выполняющих курсовые работы и дипломные проекты.
ВВЕДЕНИЕ
Строительная физика - это наука, изучающая способы обеспечения комфортности проживания и жизнедеятельности людей в зданиях с помощью применения соответствующих ог раждающих конструкций. Строительная физика подразделяется на строительную теплотехнику, строительную светотехнику и строительную и архитектурную акустику.
Задача строительной теплотехники - проектирование наружных ограждающих конструкций, обеспечивающих опти мальный температурно-влажностный режим внутри зданий и сооружений.
Строительная светотехника позволяет решать вопросы, связанные с обеспечением оптимального светового режима на рабочих местах и в целом внутри зданий и помещений.
Задача строительной акустики - проектирование опти мальной звукоизоляции в зданиях и сооружениях путем приме нения надлежащих ограждающих конструкций. Для защиты го родской застройки от шума разрабатываются архитектурно планировочные и конструктивные решения.
Архитектурная акустика позволяет проектировать заль ные помещения с учетом наилучшего восприятия речевых и му зыкальных программ. Она базируется на фундаментальных исследованиях, посвященных процессам реверберации звука, диффузности звукового поля, звукоотражательной способно сти внутренних поверхностей зала и их акустической трансфор мации.
Практическими задачами строительной физики являются: разработка соответствующих норм и методов теплотехническо го расчета и проектирования ограждающих конструкций; проек тирование световой архитектуры с учетом взаимодействия света с пространством, формой, пластикой и цветом зданий и соору
жений; обеспечение |
равномерного акустического звучания |
и видимости внутри |
зрительных залов и спортивных соору |
жений. |
|
9
Глава 1
СТРО И ТЕЛЬН А Я ТЕПЛОТЕХНИКА
1.1. Общие положения
При проектировании жилых, общественных, производст венных зданий и сооружений (далее зданий и сооружений) необ ходимо обеспечивать их тепловую защиту с целью создания оп тимальных санитарно-гигиенических условий при разумном рас ходовании энергоносителей на отопление зданий и сооружений.
К комплексу мероприятий, обеспечивающих надлежащую тепловую защиту, относятся:
- оптимальное объемно-планировочное решение зданий и сооружений при минимальной площади наружных ограждаю щих конструкций;
-применение рациональных наружных ограждающих кон струкций с использованием в них эффективных теплоизоляци онных материалов;
-использование современных методов расчета тепловой защиты зданий и сооружений, базирующихся на условиях энер госбережения.
Проектирование тепловой защиты зданий и сооружений осуществляется на основе требований СНиП 23-01-99 «Строи тельная климатология» и СНиП 23-02-03 «Тепловая защита
зданий», СП 23-101-04 «Свод |
правил по |
проектированию |
и строительству. Проектирование |
тепловой |
защиты зданий», |
а также соответствующих ГОСТов и норм проектирования зда ний и сооружений, в которых приведены необходимые для рас чета параметры микроклимата помещений.
1.2. Виды теплообмена
Передача тепловой энергии от более нагретых тел к менее нагретым представляет собой процесс, называемый теплообме ном, который может быть трех видов: конвекции, излучения и теплопроводности.
Конвекция - это процесс передачи тепла путем механиче ского перемещения частиц вещества в газообразной или жидкой среде.
10