Методики теплотехнического и звукоизоляционного расчетов

Проиллюстрируем методику теплотехнического расчета на конкретном примере.

Пример 3.4. Определим для наружной стены здания толщину утеплителя и проверим выполнение санитарно-гигиенических требований тепловой защиты здания.

Исходные данные. Место строительства жилого дома – г. Сочи; конструкция наружной кирпичной стены приведена на рис. 3.19.

Рис. 3.19. Разрез наружной стены:

1 – известково-песчаный раствор толщиной = 0,015 м; 2 – кирпичная кладка из керамического пустотного кирпича с r0 = 1200 кг/м3; δ2 = 0,38 м; 3 – утеплитель из минераловатных полужестких плит с r0 – 100 кг/м3; δ2 = х м; 4 – кирпичная кладка с наружной стороны из лицевого керамического кирпича с r0 = 1600 кг/м3; δ4 = 0,12 м

Для проведения теплотехнического расчета понадобятся:

• СНиП 23-02–2003 "Теплова защита зданий";

• СНиП 23-01–99 "Строительная климатология";

• ГОСТ 30494–96 "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях";

• СанПиН 2.2.4.548–96 "Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. Санитарные правила и нормы";

• СНиП 23-101–2004 "Проектирование тепловой защиты зданий".

Порядок расчета

1. Определяем влажностный режим помещений по табл. 1 из СНиПа 23-02–2003 "Тепловая защита зданий" в зависимости от влажности внутреннего воздуха и температуры в помещении. Пусть в нашем случае влажностный режим помещений – нормальный.

2. По Приложению В "Карта зон влажности" (СНиП 23-02–2003) г. Сочи относится к зоне 1 – влажная зона, следовательно, по табл. 2 из СНиПа 23-02–2003 находим, что по условию эксплуатации ограждающих конструкций наша стена должна быть причислена к группе "Б".

3. По табл. 1 из СНиПа 23-01–99 "Строительная климатология" определяем среднюю температуру наружного воздуха tht = 6,4°С, продолжительность отопительного периода zht = 72 сут. и температуру холодной пятидневки обеспеченностью 0,92, которая равна text = -3°С, для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8°С.

4. По ГОСТ 30494–96 "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях" определяем для жилых домов температуру внутреннего воздуха =+21°С и влажность внутреннего воздуха φ = 55%.

5. Определяем коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения по табл. 7 из СНиПа 23-02–2003: = 8,7 Вт/(м2•°С).

6. Определяем коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения = 23 Вт/(м2•°С), который принимается по табл. 8 из СП 23-101-2004.

7. Определяем величину градусо-суток отопительного периода по формуле (2) из СНиП 23-02–2003:

8. Определяем нормируемое сопротивление теплопередаче наружных стен по формуле (1) из СНиП 23-02–2003, предварительно взяв из табл. 4 (СНиП 23-02-2003) а = 0,00035 и b = 1,4:

Для нахождения а и b необходимо знать тип здания и тип рассчитываемой ограждающей конструкции: у нас – жилое здание и наружная стена.

9. Для наружных стен из кирпича с утеплителем следует принимать приведенное сопротивление теплопередачес учетом коэффициента теплотехнической однородности r (см. СНиП 23-101–2004. табл. 6, и. 8, 17), который для стен толщиной 510 мм равен r = 0,74, т.е. . Отсюда м2-°С/Вт.

Нормируемые теплотехнические показатели материалов стены определяем из СНиП 23-101–2004 (табл. Д1 "Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов и изделий") и сводим их в отдельную таблицу (табл. 3.1), где λ – коэффициент теплопроводности.

Таблица 3.1

Расчет термического сопротивления

№ п/п	Наименование материалов
1	Известково-песчаный раствор	1600	0,015	0,81	0,019
2	Кирпичная кладка из керамического пустотного кирпича	1200	0,380	0,52	0,731
3	Минераловатные полужесткие плиты	100	–	0,065	–
4	Кирпичная кладка из лицевого керамического кирпича	1600	0,120	0,7	0,171

Общее теоретическое сопротивление стены без учета утеплителя будет

Вычисляем термическое сопротивление утеплителя Ryт = R3:

По формуле (6) из СНиПа 23-101–2004 находим толщину утеплителя:

Определяем общее фактическое сопротивление теплопередаче ограждения с учетом принятой толщины утеплителя:

Находим фактическое приведенное сопротивление теплопередаче

Условие м2•°С/Вт выполняется.

Проверяем выполнение санитарно-гигиенических требований тепловой защиты здания. Расчетный температурный перепад(°С) между температурой внутреннего воздуха и температурой поверхности ограждающей конструкции не должен превышать нормируемых величин (°С).

Из формулы (44) СНиПа 23-02–2003 находим

где п – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху, определяемый по табл. 6 из СНиПа 23-02–2003. Согласно табл. 5 из СНиПа 23-02–2003 имеем °С, тогда °С. Условие выполняется.

Проверяем выполнение условия, где – температура внутренней поверхности; – температура точки росы. По формуле (25) из СНиПа 23-101–2004 определяем τsi однородной или многослойной ограждающей конструкт ш:

Согласно приложению Р из СНиПа 23-01–99 для температуры внутреннего воздуха °С и относительной влажности воздуха φ = 55% температура точки росы °С. Следовательно, условие °С выполняется.

Таким образом, принятая ограждающая конструкция (см. рис. 3.19) с толщиной утеплителя 10 см удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания.

Методику звукоизоляционного расчета также проиллюстрируем на примере.

Пример 3.5. Определим нормируемые параметры постоянного шума в расчетных точках внутри помещений и построим их спектрограммы.

Исходные данные. Проектируются различные помещения следующего назначения: помещения для измерительных и аналитических работ; помещения с постоянными рабочими местами производственных предприятий; операционные больниц; жилые комнаты квартир в домах комфортных условий (время суток с 7.00 до 23.00).

Для проведения расчета понадобятся СНиП 23-03–2003 "Защита от шума" и СП 23-103–2003 "Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий".

Порядок расчета

Согласно СНиП 23-03–2003 нормируемыми параметрами постоянного шума в расчетных точках являются уровни звукового давления L, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц. Для ориентировочных расчетов допускается использование уровней звука LA, дБА.

2. Согласно СП 23-103–2003 для жилых, общественных зданий, а также для вспомогательных зданий производственных предприятий различаются следующие категории комфортности:

• категория А – высококомфортные условия;

• категория Б – комфортные условия;

• категория В – предельно допустимые условия.

Согласно исходным данным проектируются жилые комнаты квартир в домах комфортных условий, относящиеся к категории Б.

3. Согласно табл. 1 из СНиПа 23-03–2003 принимаем нормируемые параметры постоянного шума в расчетных точках внутри помещений и сводим их в таблицу (табл. 3.2).

4. Построим спектрограммы нормируемых параметров постоянного шума (рис. 3.20).

Таблица 3.2

Нормируемые параметры постоянного шума

Назначение помещений или территорий	Время суток, ч	Уровень звукового давления (эквивалентный уровень звукового давления) L, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц									Уровень звука LA (эквивалентный уровень звука LAэкв, дБА	Максимальный уровень звука LАmax,ДБА
		31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
1. Помещения для измерительных и аналитических работ		93	79	70	63	58	55	52	50	49	60	70
2. Помещения с постоянными рабочими местами производственных предприятий		107	95	87	82	78	75	73	71	69	80	95
3. Операционные больниц		76	59	48	40	34	30	27	25	23	35	50
4. Жилые комнаты квартир в ломах категории Б	7.00- 23.00	79	63	52	45	39	35	32	30	28	40	55

Рис. 3.20. Спектрограммы нормируемых параметров постоянного шума:

1 – помещения для измерительных и аналитических работ; 2 – помещения с постоянными рабочими местами производственных предприятий; 3 – операционные больниц; 4 – жилые комнаты квартир в домах категории Б (время суток с 7.00 до 23.00)

Пример 3.6. Определим индекс изоляции воздушного шума перегородкой.

Исходные данные. Материал перегородки – тяжелый бетон с ρ = 2500 кг/м3 толщиной δ = 100 мм.

Индекс изоляции воздушного шума – величина, служащая для оценки звукоизолирующей способности ограждения одним числом. Индекс изоляции воздушного шума , дБ, ограждающей конструкцией с известной (рассчитанной или измеренной) частотной характеристикой изоляции воздушного шума определяется путем сопоставления этой частотной характеристики с оценочной кривой, значения которой приведены в табл. 3.3 и на рис. 3.21.

Порядок расчета

Определяем эквивалентную поверхностную плотность тэ по СП 23-103–2003, формула (6): т3 = Кт, кг/м2, где т – поверхностная плотность, кг/м2 (для ребристых конструкций принимается без учета ребер): т = ρδ = 2500 • 0,1 = 250 кг/м2; К – коэффициент, учитывающий относительное увеличение изгибной жесткости ограждения из бетонов на легких заполнителях и т.п. по отношению к конструкциям из тяже-

Таблица 3.3

Значения оценочной кривой изоляции воздушного шума

Среднегеометрическая частота третьоктавной полосы, Гц	Изоляция воздушного шума, R, дБ	Среднегеометрическая частота третьоктавной полосы, Гц	Изоляция воздушного шума, Ri, дБ
100	33	640	53
125	35	800	54
160	39	1000	55
200	42	1250	56
250	45	1600	56
320	48	2000	56
400	51	2500	56
500	52	3150	56

Рис. 3.21. Оценочная кривая изоляции воздушного шума

лого бетона с той же поверхностной плотностью. Для нашего случая коэффициент К = 1 определяется по СП 23-103–2003, табл. 10, тогда

Строим расчетную частотную характеристику изоляции воздушного шума.

Данную характеристику для однослойной плоской ограждающей конструкции сплошного сечения с поверхностной плотностью т от 100 до 800 кг/м2 из бетона, железобетона, кирпича и тому подобных материалов следует определять, изображая ее в виде ломаной линии, аналогичной линии ABCD на рис. 1 СП 23-103–2003 (рис. 3.22).

Рис. 3.22. СП 23-103–2003. "Рис. 1. Частотная характеристика изоляции воздушного шума однослойным плоским ограждением"

а) Определяем значение (абсцисса точки В) по СП 23-103–2003, табл. 8:

Значение следует округлять до среднегеометрической частоты, в пределах которой находится . Границы третьоктавных полос приведены в табл. 9 СП 23-103–2003. Округляя, принимаем Гц.

б) Определяем значение (ордината точки В) по СП 23-103–2003, формула (5):

в) Построение частотной характеристики производится согласно СП 23-103–2003 в следующей последовательности: из точки В влево проводится горизонтальный отрезок ВА (рис. 3.23), а вправо от точки В

Рис. 3.23. Построение расчетной частотной характеристики перегородки из тяжелого бетона с ρ = 2500 кг/м3 толщиной δ = 100 мм

проводится отрезок ВС с наклоном 6 дБ на октаву до точки С с ординатой Rc = 65 дБ, из точки С вправо проводится горизонтальный отрезок CD. Если точка С лежит за пределами нормируемого диапазона частот (fс > 3150 Гц), отрезок CD отсутствует.

Данные заносим в табл. 3.4 (столбец 2). Дальнейший расчет ведем в табличной форме.

Таблица 3.4

Определение индекса изоляции

Среднегеометрическая частота третьоктавной полосы, Гц	Расчетная частотная характеристика R, дБ	Изоляция воздушного шума, R,, дБ	Неблагоприятные отклонения R1-R. дБ	Оценочная кривая, смещенная вниз на 7 дБ	Неблагоприятные отклонения от смещенной оценочной кривой, дБ	Индекс изоляции воздушного шума Rgа, дБ
1	2	3	4	5	6	7
100	36	33	–	26	–
125	36	35	–	29	–
160	36	39	3	32	–
200	36	42	6	35	–
250	36	45	9	38	2
315	36	48	12	41	5
400	38	51	13	44	6
500	40	52	12	45	5	45
640	42	53	11	46	4
800	44	54	10	47	3
1000	46	55	9	48	2
1250	48	56	8	49	1
1600	50	56	6	49	–
2000	52	56	4	49	–
2500	54	56	2	49	–
3150	56	56	–	49	–

Неблагоприятные отклонения частотной характеристики звукоизолирующей способности от нормативной кривой приведены в табл. 3.4 и на рис. 3.24. Неблагоприятными считаются отклонения, расположенные ниже нормативной кривой. Находим неблагоприятные отклонения, расположенные ниже нормативной кривой, и определяем их сумму, которая равняется 105 дБ. Так как сумма неблагоприятных отклонений превышает 32 дБ, то согласно СП 23-103–2003 оценочная кривая смещается вниз на целое число децибел так, чтобы сумма неблагоприятных отклонений не превышала указанную величину.

Рис. 3.24. Неблагоприятные отклонения Ri – R, дБ

Рассчитаем смещение оценочной кривой вниз: 105 дБ разделим на 15 октавных полос, получим 7 дБ. Если сумма неблагоприятных отклонений максимально приближается к 32 дБ, но не превышает эту величину, величина индекса Rw составляет 52 дБ. Если сумма неблагоприятных отклонений значительно меньше 32 дБ или неблагоприятные отклонения отсутствуют, оценочная кривая смещается вверх (на целое число децибел) так, чтобы сумма неблагоприятных отклонений от смещенной оценочной кривой максимально приближалась к 32 дБ, но не превышала эту величину. За величину индекса Rw принимается ордината смещенной (вверх или вниз) оценочной кривой в третьоктавной полосе со среднегеометрической частотой 500 Гц. Следовательно, индекс изоляции воздушного шума Rw перегородки из тяжелого бетона плотностью ρ = 2500 кг/м3 толщиной δ = 100 мм составляет 45 дБ.