Предмет и задачи курса строительная физика.
Строительная физика
Методические указания для проведения практических занятий у студентов очной и заочной форм обучения
по дисциплине «Строительная физика»
Направления: 250700.62 "Ландшафтная архитектура" – бакалавриат,
250700 "Ландшафтная архитектура"
Екатеринбург
Печатается по рекомендации методической комиссии ЛХФ.
Протокол № от
Рецензент, к. с-х. н. доцент кафедры
Редактор
Компьютерная верстка
Подписано в печать 000000 Формат 60х84 1/16 Поз. №
Плоская печать Печ. л. 000 Тираж 000 экз.
Заказ № 000 Цена 0 руб. 00 коп.
Редакционно-издательский отдел УГЛТУ
Отдел оперативной полиграфии УГЛТУ
С О Д Е Р Ж А Н И Е
Введение | ||
1. | Общие положения…………………………………………….. | |
2. | Примеры расчета заданий | |
3. | Задания для самостоятельной работы… | |
Библиографический список |
Введение
Курс "Строительная физика» излагает методы и примеры теплотехнического, звукоизоляционного, акустического и светотехнического расчетов ограждающих конструкций зданий с учетом нормативных требований СНиП 23-02-03 “Тепловая защита зданий”, СНиП 23-03-03 «Защита от шума» и СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение».
Данные методические указания разработаны для студентов очной и заочной форм обучения по направлениям: 250700.62 "Ландшафтная архитектура" – бакалавриат, 250700 "Ландшафтная архитектура".
Цель работы: закрепление знаний студентов полученных в процессе лекционных занятий по дисциплине «Строительная физика» путем выполнения соответствующих теплотехнических, звукоизоляционных и светотехнических расчетов ограждающих конструкций согласно приведенным в методических указаниях заданиям.
Задача работы - позволить подготовиться учащимся УГЛТУ как к внутренним (промежуточным и итоговым аттестациям учащихся, приему экзаменов и зачетов), так и к внешним процедурам контроля качества знаний (ФЭПО, аккредитационному тестированию в рамках комплексной оценки деятельности образовательного учреждения, внеплановым контрольно-надзорным процедурам).
Данные методические указания разработаны наоснове методических указаний разных авторов (см. список учебной литературы) и составлены в соответствии с программой обучения специальностей изучающих дисциплину «Строительная физика».
Структура методических указаний состоит из общих теоретических положений, где изложены задачи и предмет изучения дисциплины, примеров теплотехнического расчета ограждающих конструкций и заданий для выполнения самостоятельной работы студентов.
Номер варианта для выбора заданий должен соответствовать сумме трех последних цифр шифра зачетной книжки.
Работа с методическими указаниями подразумевает самостоятельное ознакомление студентов с теоретической частью, выполнение соответствующей расчетной работы и защиту данного материала путем ответа на контрольные вопросы преподавателя.
Общие положения
Предмет и задачи курса строительная физика.
Строительная физика – прикладная область физики, рассматривающая физические явления и процессы в конструкциях зданий, связанные с переносом тепла, звука и света, а также явления и процессы в помещениях здания, связанные с распространением звука и света.
Основная задача строительной физики – обоснование применения в строительстве материалов и конструкций, выбора размеров и формы помещений, которые обеспечили бы оптимальные температурно-влажностные, акустические и светотехнические условия в помещениях соответственно их функциональному назначению.
Предмет изучения «Строительной физики» – вопросы теплопередачи, воздухопроницаемости и влажностного состояния конструкций, вопросы звукоизоляции, акустики и светотехники, рассматриваемые соответственно в разделах строительная теплотехника, строительная и архитектурная акустика, строительная светотехника.
Для решения практических задач строительная физика разрабатывает соответствующие нормативы и методы расчета и проектирования ограждающих конструкций, благодаря которым обеспечивается выполнение ограждающими конструкциями нормируемых требований по тепловой защите зданий, звукоизоляции и освещенности помещений.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ЗАДАНИЙ
Основная задача строительной теплотехники – обоснование рационального выбора ограждающих конструкций, удовлетворяющих требованиям обеспечения в помещениях благоприятного микроклимата для деятельности или отдыха человека.
Строительная теплотехника изучает процессы теплопередачи, воздухопроницаемости и влажностного режима ограждающих конструкций, разделяющих воздушные среды с отличающимися температурой, влажностью и скоростью перемещения воздуха.
Исходные данные
Место строительства – г. Воронеж;
Группа зданий – жилые;
Продолжительность отопительного периода zht = 196 суток;
Средняя расчетная температура отопительного периода tht = -3,1 оС;
Температура холодной пятидневки text= -26 оС;
Температура внутреннего воздуха tint=+20 оС;
Влажность воздуха: = 55 %;
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения аint = 8,7 Вт/м2 °С;
Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения aext = 23 Вт/м2 °С;
Задание1.
Определить достаточность сопротивления теплопередаче наружной кирпичной стены слоистой кладки с внутренним утепляющем слоем из пенополистирольных плит с объемной массой 100 кг/м 3. Необходимые данные о конструктивных слоях стены для теплотехнического расчёта приведены в таблице 1.
Таблица 1
Данные о конструктивных слоях стены для
теплотехнического расчёта.
№ | Наименование материала | ![]() | , м | ![]() |
Известково-песчаный раствор | 0,015 | 0,70 | ||
Кирпичная кладка из пустотного кирпича | 0,120 | 0,47 | ||
Плиты пенополистирольные | 0,050 | 0,041 | ||
Кирпичная кладка из пустотного кирпича (облицовочного) | 0,640 | 0,47 |
Порядок расчета:
1. Определение градусо-суток отопительного периода (СНиП 23-02–2003):
Dd = (tint – tht)·zht = (20–(–3,1))·196 = 4527,6о С сут.
где tint - температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20-22 °С)
tht - средняя температура наружного воздуха, °С,
zht - продолжительность, отопительного периода, сут, принимаемые по СНиП 23-01
2. Определение нормируемого значения сопротивления теплопередаче наружных стен (СНиП 23-02–2003):
Rreq = aDd + b =0,00035·4527,6 + 1,4 =2,98 м2·°С/Вт.
a, b- коэффициенты, значения которых следует принимать по СНиП 23-02–2003 для соответствующих групп зданий. Для стен жилых зданий a=0,00035, b=1,4
3. Условие тепловой защиты здания R0 > Rreq
Где R0 – Общее термическое сопротивление теплопередаче, м ·°С/Вт,
Для многослойной ограждающей конструкции с однородными слоями формула принимает вид
R0 = Rsi + Rk + Rse
где Rsi =1/ аint ,
аint – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждения Вт/м2·°С .
Rse = 1/aext,
aext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности
ограждения Вт/м2·°С .
Rk – термическое сопротивление ограждающей конструкции, м2 С/Вт, с последовательно расположенным однородными слоями, определяемое по формуле Rk= R1 + R2 +….. + Rn
где R1 + R2 +….. + Rn – термические сопротивления отдельных слоев ограждающий конструкции, определяемое по формуле:
Rn=n/n
R0 = 1/8,7+0,022+0,255+1,219+1,362+1/23 = 3,01
Условие R0 = 3,01 > = 2,98 м2·°С/Вт выполняется.
Вывод. Ограждающая конструкция удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания
Задание №2.
Определить толщину утеплителя чердачного перекрытия, состоящего из ж/б панели =100 мм, пароизоляция – 1слой рубитекса; цементно-песчаной стяжки =30 мм и утеплителя. Чердачное перекрытие состоит из конструктивных слоев, приведенных в таблице 2:
Таблица 2
Конструктивные слои чердачного перекрытия
№ | Наименование материала (конструкции) | ![]() | , м | ![]() |
Плиты URSA | Х | 0,043 | ||
Пароизоляция – 1 слой (ГОСТ 30547) | 0,005 | 0,17 | ||
Цементно-песчаная стяжка | 0,030 | 0,76 | ||
Железобетонные пустотные плиты ПК ( ГОСТ 9561-91) | 0,100 | 1,92 |
Порядок расчета:
1. Определение градусо-суток отопительного периода (СНиП 23-02–2003):
Dd = (tint – tht)·zht = (20 + 3,1)·196 = 4527,6о ºС·сут.
2. Определение нормируемого значения сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия (СНиП 23-02–2003):
Rreq = aDd + b = 0,00045·4527,6 + 1,9 = 3,94 м2·°С/Вт.
a, b- коэффициенты, значения которых следует принимать по СНиП 23-02–2003 для соответствующих групп зданий. Для чердачного перекрытия жилых зданий a=0,00045, b=1,9.
3. Из условия равенства общего термического сопротивления R0 нормируемому Rreq, т.е R0 = Rreq, определяем (СП 23-100–2004) термическое сопротивление чердачного перекрытия Rк:
Rк = Rreq – (Rsi + Rse) = 3,94 – (1/8,7 + 1/12) =
= 3,94 – 0,198 = 3,742 м2·°С/Вт,
которое может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев
Rк = R1 + R2 + Rут,
где R1 – термическое сопротивление железобетонной плиты перекрытия, величина которого составляет:
R1= / = 0,052 м2·°С/Вт
R2 – термическое сопротивление слоя пароизоляции;
Rут – термическое сопротивление утепляющего слоя определяемое из выражения:
Rут = Rк -( R1 + R2) = 3,742 –(0,052 + 0,029) =3,661 м2·°С/Вт.
3. Определяем толщину утепляющего слоя:
= 3,661·0,043 = 0,153 м.
Принимаем толщину утепляющего слоя равной 200 мм.
4. Определяем фактическое сопротивление теплопередаче:
= Rsi+ R1 + R2 + R3 +Rут+ Rse
= 1/8,7 + (0,052 + 0,029 + 0,039 + 0,200/0,043) + 1/12 = 4,92 м2·°С/Вт.
5. Проверка по условию тепловой защиты здания R0 > Rreq :
Условие = 4,92 м2·°С/Вт > Rreq = 3,94 м2·°С/Вт выполняется.
Вывод. В чердачном перекрытие толщина утепляющего слоя должна составлять 200 мм, что удовлетворяет всем нормативным требованиям тепловой защиты здания.
Задание №3.
Расчетным путем определить удовлетворяет ли условиям паропроницания чердачное перекрытие состоящее из конструктивных слоев, приведенных в таблице 3.
Таблица 3
№ п/п | Наименование материала (конструкции) | ![]() | , м | ![]() | ![]() |
4 слоя руберойда | 1,5 | 0,17 | 1,36 | ||
Цементная стяжка | 0,020 | 0,76 | 0,09 | ||
Плиты URSA | 0,200 | 0,043 | 0,53 | ||
Пароизоляция – 1 слой (ГОСТ 30547) | 1,5 | 0,17 | 1,36 | ||
Железобетонные пустотные плиты ПК ( ГОСТ 9561 - 91) | 0,120 | 1,92 | 0,03 |
Порядок расчета:
1. Для чердачного перекрытия или части конструкции вентилируемого совмещенного покрытия, расположенной между внутренней поверхностью покрытия и воздушной прослойкой, в зданиях со скатами кровли шириной до 24м, нормируемое сопротивление паропроницанию определяется по формуле:
=
,
где еint - парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха, Па, при расчетной температуре и относительной влажности этого воздуха, определяемое по формуле:
,
где - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па.
При температуре =200С согласно СНиП 23-01
=2338 Па.
Тогда при jint =55%:
еint =(55/100) 2238 = 1286 Па
Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха , Па, за годовой период определяют по СНиП 23-01:
= (290+310+430+700+940+1270+1500+1380+1030+730+540+400)/12=793 Па
Определяем нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги за годовой период эксплуатации согласно СНиП 23-02 :
=0,0012(1286-793)=0,56 м2 ч Па/мг.
2. Сопротивление паропроницанию отдельного слоя ограждающей конструкции , м2 ч Па/мг, определяется по
=
,
где – толщина слоя материала ограждения, м;
– коэффициент паропроницаемости, мг/(м ч Па), (принимаемый по приложению Д свода правил СП 23-101-04).
3. Общее сопротивление паропроницанию многослойной ограждающей конструкции рассчитывается по формуле
Rо vp= R vp1 + R vp2 + R vp3+.... +R vp n
Rо vp= 1,5/1,36+0,02/0,09+0,2/0,53+1,5/1,36+0,12/0,03 = 6,80 м2 ч Па/мг.
где R vp1 + R vp2 R vp n –сопротивление паропроницанию отдельных слоев ограждающей конструкции, м2 ч Па/мг.
При сравнении полученного значения с нормируемым устанавливаем, что
>
Вывод. Конструкция покрытия удовлетворяет всем условиям паропроницания.