1767

Дидактические функции лекции:

1.Формирование у обучающихся целостных представлений об искусственном освещении, истории развития и фотометрических характеристиках световых приборов.

2.Развитие познавательного интереса к содержанию дисциплины.

3.Воспитание ключевых компетенций.

Содержание учебного раздела:

Врамках обозначенной темы обучающиеся изучают исторические этапы развития искусственного освещения. Рассматриваются источники искусственного света, осветительные приборы и установки. Основные фотометрические характеристики источников искусственного света. Кривая силы света. Нормирование и расчет искусственного освещения. Наружное освещение, нормативные требования и расчет.

При освоении данной темы студенту следует овладеть соответствующими понятиями строительной светотехники: искусственное освещение, рабочее освещение, дежурное освещение, эвакуационное освещение, аварийное освещение, охранное освещение, освещённость, кривая силы света (КСС), зрительная работа, объект различения, масляная лампа, газовое освещение, керосиновое освещение, лампа накаливания, газоразрядная лампа, люминесцентная лампа, светодиодное освещение, цилиндрическая освещенность.

Задание для самостоятельной работы:

В течение времени, отведенного для самостоятельной работы, обучающиеся прорабатывают нормативную литературу к расчету наружного освещения, вычерчивают схемы улицы для расчета наружного освещения, осуществляют выбор осветительной установки, проводят расчет горизонтальной освещенности и оформляют результаты расчета.

1.5. Естественное освещение

Цель лекции: дать обучающимся основные представления об естественном освещении, истории развития и эволюции систем естественного освещения и методов расчёта естественного освещения.

Вид лекции: по дидактическому назначению — тематическая, по содержанию и построению — познавательная.

Дидактические функции лекции:

1.Формирование у обучающихся целостных представлений об естественном освещении, системах естественного освещения и методах расчёта.

10

2.Развитие познавательного интереса к содержанию дисциплины.

3.Воспитание ключевых компетенций.

Содержание учебного раздела:

Врамках обозначенной темы обучающиеся изучают различные виды систем естественного освещения зданий. Рассматривается понятие коэффициента естественной освещенности (КЕО), его нормирование и расчет при боковом, верхнем и комбинированном освещении. Изучаются закономерности распределения КЕО в помещениях зданий, методы расчета КЕО, нормативная методика эмпирического расчета КЕО согласно СП 23-102-2003. Приводятся сведения о компьютерном расчёте естественного освещения.

При освоении данной темы студенту следует овладеть соответствующими понятиями строительной светотехники: естественное освещение, искусственное освещение, боковое освещение, комбинированное освещение, совмещенное освещение, система естественного освещения, световой проём (светопроём), световой колодец, атриум, клестория, световой фонарь, светоаэрационный фонарь, зенитный фонарь, полые световоды, системы пассивной и активной солнечной оптики, коэффициент естественной освещенности (КЕО), небо МКО, графики А.М. Данилюка, геометрический КЕО.

Задание для самостоятельной работы:

В течение времени, отведенного для самостоятельной работы, обучающиеся прорабатывают тематическую литературу и осуществляют подготовку к контрольной работе, завершают оформление расчётной работы.

11

1.6. Библиографический список

Основная литература по разделу «Строительная светотехника»:

1.Архитектурная физика: Учебник для вузов: Спец. «Архитектура» / В.К. Лицкевич, Л.И. Макриненко, И.В. Мигалина и др.; Под редакцией Н.В. Оболенского. — Москва: «Архитектура-С», 2007. — 448 с., ил.

2.СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01. Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий.

3.СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03. Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий.

4.СП 23-102-2003. Естественное освещение жилых и общественных зданий.

— ФГУП ЦПП, 2005.

5.СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*.

6.Куприянов В.Н. Физика среды и ограждающих конструкций / В.Н. Куприянов — Москва: Издательство ACB, 2015.

7.Соловьев А.К. Физика среды / А.К. Соловьев — Москва: Издательство ACB, 2015.

Дополнительная литература по разделу «Строительная светотехника»:

1.Архитектурная физика: Учеб. для студентов вузов по напpавлению и спец. «Аpхитектуpа» / В.К. Лицкевич, Л.И. Макpиненко, И.В. Мигалина и др.; Под pед. Н.В. Оболенского — Москва: Стpойиздат, 1998.

2.СП 42.13330.2011. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. Актуализированная редакция СНиП 2.07.0189*.

3.СП 54.13330.2011. Здания жилые многоквартирные. Актуализированная редакция СНиП 31-01-2003.

4.Физика среды. Инсоляция, строительная теплофизика, светотехника и шумозащита в строительстве; под общ. ред. В.М. Предтеченского — Москва: МИСИ, 1974.

5.Бахарев Д.В., Зимнович И.А., Орлова Л.Н. Компьютерный расчет естественного освещения // Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. — 3 изд. — М.: Знак, 2006. — С. 863–872.

6.Гусев Н.М. Естественное освещение зданий. — М. : Госстройиздат, 1961.

—170 с.

7.Данилюк А.М. Расчет естественного освещения помещений — Л.;М.: Госстройиздат, 1941.

8.Зимнович И.А. О недостатках норм и методики расчета естественного освещения. Выступление в дискуссия по инсоляции и ЕО // Светотехника.

—2006. — № 3. — С. 64–65.

12

Перечень ресурсов информационно–телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения раздела «Строительная светотехника»:

–Сайт о расчете инсоляции и освещения: http://www.bakharev.org.

–Сайт журнала «Светотехника»: http://www.sveto-tekhnika.ru.

–Сайт компании Брайтэлек, производителя светотехнического оборудования: http://www.brightelec.ru.

–Сайт компании Philips, производителя светотехнического оборудования: http://www.lighting.philips.ru.

–Сайт компании GALAD, производителя светотехнического оборудования: http://galad.ru.

–Сайт компании OSRAM, производителя светотехнического оборудования: http://www.osram.com.

–Сайт учебных и методических материалов: http://www.twirpx.com.

–Сайт информационной системы «СтройКонсультант»: http://www.stroykonsultant.com.

13

2. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТЕХНИКА

Теплозащитные свойства зданий и конструкций рассматриваются в строительной теплотехнике, являющейся разделом строительной физики.

Основная задача строительной теплотехники – обоснование наиболее целесообразных в эксплуатации решений зданий и ограждающих конструкций, удовлетворяющих требованиям обеспечения в помещениях благоприятного микроклимата для деятельности или отдыха человека.

Методы строительной теплотехники основаны на общей теории теплообменных массообменных процессов в материальных системах.

Втермодинамическом отношении ограждающие конструкции зданий – это открытые системы, обменивающиеся с окружающей воздушной средой как энергией (теплообмен), так и веществом (влагообмен и воздухообмен).

Врационально спроектированных и качественно выполненных ограждающих конструкциях явления влагообмена и воздухообмена обычно ограничиваются техническими средствами до пределов, допустимых в гигиеническом отношении и не оказывающих практически заметного влияния на условия теплообмена. В тех случаях, когда такое ограничение затруднительно из-за особенностей конструкций (например, створных переплетов в светопроемах) или большой интенсивности внешних воздействий, учитывается влияние процессов обмена вещества на теплопередачу (например, охлаждение ограждающих конструкций при морозе и ветре).

Теплотехнические методы имеют широкое применение, поэтому закономерно стремление к возможной простоте расчетных операций, однако не в ущерб их допустимой точности. Наибольшая простота вычислительных операций достигается при использовании расчетных методов для установившихся, не изменяющихся во времени процессов теплообмена и массообмена. Поскольку природные условия обмена энергией и веществом обычно не имеют установившегося характера, а связаны с периодическими изменениями температуры и других физических параметров воздушной среды, применяются более сложные методы расчета (например, для неустановившегося процесса передачи тепла).

В некоторых случаях в расчеты по установившимся условиям вводятся параметры, повышающие их точность (например, различные значения расчетных температур для легких и массивных конструкций, см. п.3 данного учебного пособия).

14

При рассмотрении неустановившихся процессов, к которым, в частности, относятся постепенные охлаждение, увлажнение, разрушение, целесообразно введение понятий о предельно допустимых состояниях этого процесса, коренным образом виляющих на эксплуатационные качества рассчитываемой конструкции.

Методы расчета по «предельным состояниям» используются для определения прочностных свойств конструкций, а также решения некоторых других вопросов в области строительной техники. В строительной теплотехнике эти методы применяются прежде всего для определения предельно допустимых состояний охлаждения и увлажнения ограждений.

Строительная теплотехника необходима для повышения качества строительства на территориях с неблагоприятным климатом, совершенствования индустриальных методов возведения зданий, уменьшения массы конструкций и применения новых эффективных материалов.

2.1. Основы теории теплообмена

Цель лекции: дать обучающимся основные представления о физическом явлении теплообмена.

Содержание учебного раздела:

Теория теплообмена – это наука о процессах переноса теплоты. С теплообменом связаны многие явления, наблюдаемые в природе и технике. Ряд важных вопросов проектирования и строительства зданий и сооружений решается на основе теории теплообмена или некоторых ее положений. Знание законов теплообмена позволяет инженеру-строителю увязать толщину и материал ограждающих конструкций с отопительными устройствами, разработать новые строительные материалы и конструкции, более экономичные и способные надежно защищать человека от холода, решить и другие вопросы, которые возникают в процессе развития строительной техники.

2.2. Виды передачи теплоты

Цель лекции: дать обучающимся основные представления о видах теплопередачи.

Содержание учебного раздела:

Теплообмен представляет собой сложный процесс, который можно расчленить на ряд простых процессов. Различают три элементарных принципиаль-

15

но отличных один от другого процесса теплообмена – теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.

Процесс теплопроводности происходит при непосредственном соприкосновении (соударении) частиц вещества (молекул, атомов и свободных электронов), сопровождающемся обменом энергии и их теплового движения. Такой процесс теплообмена может происходить в любых телах, но механизм переноса теплоты зависит от агрегатного состояния тела. Теплопроводность жидких и в особенности газообразных тел незначительна. Твердые тела обладают различной теплопроводностью. Тела с малой теплопроводностью называют теплоизоляционными.

Процесс конвекции происходит лишь в жидкостях и газах и представляет собой перенос теплоты в результате перемещения и перемешивания частиц жидкости или газа. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью.

Если перемещение частиц жидкости или газа обусловливается разностью их плотностей, то такое перемещение называют естественной конвекцией. При естественной конвекции нагретые объемы теплоносителя поднимаются, охладившиеся – опускаются. Например, отопительный прибор системы центрального отопления соприкасается с воздухом, который получает от него теплоту и поднимается, уступая место более холодному воздуху. Таким образом, теплота вместе с воздухом передается от прибора в другие части помещения.

Если жидкость или газ перемещается с помощью насоса, вентилятора, эжектора и других устройств, то такое перемещение называют вынужденной конвекцией. Теплообмен происходит в этом случае значительно интенсивнее, чем при естественной конвекции.

Процесс теплового излучения состоит в переносе теплоты от одного тела к другому электромагнитными волнами, возникающими в результате сложных молекулярных и атомных возмущений. Лучистая энергия возникает в телах за счет других видов энергии, главным образом тепловой. Электромагнитные волны распространяются от поверхности тела во все стороны. Встречая на своем пути другие тела, лучистая энергия может ими частично поглощаться, превращаясь снова в теплоту (повышая их температуру).

2.3. Теплопроводность

Цель лекции: дать обучающимся основные представления о физическом явлении теплопроводности.

16

Содержание учебного раздела:

Теплопроводность – это вид теплообмена между соприкасающимися частицами материала или структурными элементами среды. Этот вид теплопередачи тепла характерен для ограждений из твердых материалов (бетон, кирпич и др.).

Количество тепла Q, выражаемое в ваттах (Вт), которое передается теплопроводностью, находится по формуле:

где λ - коэффициент теплопроводности материала ограждения, показывающий количество тепла, которое будет проходить через 1 м2 плоской стенки толщиной в 1 м из данного материала при разности температуры на внутренней и наружной поверхностях, равной 1º, и выражается в Вт / (м2·ºС);

grad t – градиент температуры в направлении, противоположном тепловому потоку, ºС;

F – площадь, м2;

τ – время передачи тепла в 1 ч; знак минус указывает, что тепловой поток всегда направлен в сторону понижения температур.

На коэффициент теплопроводности большое влияние оказывают:

–средняя плотность материала; например, коэффициент теплопроводности пенобетона составляет при плотности ρ = 1000 кг / м3 – 0,34 Вт / (м2·ºС), а при ρ = 400 кг / м3 – 0,13. Это различие объясняется изменением характера пористости и особенностями передачи тепла в порах разной величины;

–химико-минералогический состав образующих материала. Например, на теплопроводность бетона значительно влияет превышенное количество песка в бетоне по сравнению с крупными заполнителями;

–влажность материала; для определения коэффициента теплопроводности влажного материала пользуются формулой:

где ω – весовая влажность материала, %; β – коэффициент приращения теплопроводности на 1% влажности (значе-

ния β составляют: для пенобетона 0,011; для керамзитобетона 0,005).

Согласно строительным нормам и правилам, значения коэффициентов для каждого строительного материала регламентируется в соответствии с условиями эксплуатации зданий, поэтому окончательно расчетное значение λ выбирается с учетом температуры наружного воздуха, относительной влажно-

17

сти внутреннего воздуха и влажностно-климатической характеристики района строительства. При этом учитывается влияние строительной влаги на теплозащитные свойства ограждений, которая значительно снижает теплозащитные свойства наружных ограждений, особенно в первые годы эксплуатации зданий.

2.4. Конвективный теплообмен

Цель лекции: дать обучающимся основные представления о физическом явлении конвекции.

Содержание учебного раздела:

Конвективный теплообмен – это распространение тепла, которое возникает в результате неравномерного нагревания отдельных поверхностей, а также между соприкасающейся поверхностью конструкции с движущейся газообразной (или жидкой) средой. Этот вид теплопередачи наблюдается, например, в отапливаемых помещениях, в ограждающих конструкциях с воздушными прослойками.

Количество тепла, передаваемого конвекцией, зависит от разности температур Δt, скорости движения воздуха v, площади F и времени передачи τ, т. е.

2.5. Теплообмен излучением

Цель лекции: дать обучающимся основные представления о теплообмене излучением.

Содержание учебного раздела:

Теплообмен излучением происходит через лучепрозрачную воздушную среду между различно нагретыми поверхностями конструкций ограждения или помещения. Этот вид теплообмена имеет большое значение при воздействии на здание солнечной радиации, а также в цехах предприятий (металлургических и др.), где производятся плавка металла и изготовление (или хранение) изделий из раскаленного металла.

Количество тепла Q3 , передаваемого излучением, является функцией разности абсолютных температур Т1 –Т2 между излучающей и облучаемой поверхностями, площади излучения F и времени передачи τ, т. е.

18

где с – относительная излучательная способность поверхности, равная 4,96 Вт / (м2·ºС).

Эта закономерность может относиться не только к черным, но и к серым телам (например, асфальту, красному кирпичу и др.).

Хотя рассмотренные виды теплового обмена в ограждающих конструкциях и зданиях не существуют отдельно, а взаимосвязаны, тем не менее в ограждениях из плотных материалов (например, бетона, кирпича и др.) основным видом теплопередачи является теплопроводность, а в пустотных ограждениях с воздушными прослойками (например, двойное остекление, слоистые стены и покрытия) преобладает теплообмен конвекцией и излучением.

Перенос тепла из одной среды с более высокой температурой в другую с меньшей температурой через разделяющее ограждение называют теплопередачей. Этот процесс включает:

–теплообмен между поверхностью ограждения и прилегающей к ней

нагретой воздушной средой (αВ) — тепловосприятие; такой теплообмен происходит, например, в отапливаемых помещениях при соприкосновении внутренней поверхности стены с внутренним воздухом;

–б) теплообмен между поверхностью ограждения и прилегающей к ней

охлажденной воздушной средой (αН); подобный теплообмен наблюдается при соприкосновении стены (ее наружной поверхности) с наружным воздухом.

Зависимость теплообмена между воздушной средой помещения и поверхностью ограждающей конструкции выражается формулой

где Q – количество тепла, Вт;

tB – τB – разность температур воздуха и поверхности ограждения, ºС; F – площадь поверхности, м2;

τ – время, ч; α – коэффициент теплообмена, который представляет сумму коэффициен-

тов передачи тепла конвекцией αК и излучением αλ, т.е. α = αК + αλ; размерность Вт / (м2·ºС).

Величину, обратную коэффициенту теплообмена R = 1 / α, (м2·ºС) / Вт, на-

19