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.

Определение сопротивления теплопередаче ограждения При определении теплозащитной способности наружных ограждений практический интерес представляет не теплопроводность её слоёв, а обратная ей величина R – термическое сопротивление:

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

Соответственно, общая величина сопротивления теплопередаче одно- и многослойного ограждения составляет:

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:

Коэффициенты n имеют следующие значения: n =1 для наружных стен покрытий; n =0,9 для чердачных перекрытий с кровлей из рулонных материалов; n =0,75 для перекрытий над неотапливаемым подвалом.

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.